Nanomateriały i nanotechnologia

Nanomateriały i nanotechnologia
Nowa specjalność na kierunku technologia chemiczna
Kierownik specjalności:
Janusz Lewiński
http://lewin.ch.pw.edu.pl
Przesłanki do powołania nowej specjalności Nanonauka i nanotechnologie to nie tylko moda, ale to realna szansa dla rozwoju nauki i gospodarki XXI w. Chemistry in the 20th century: Molecular Systems
1955 Ziegler-Natta catalyst
1951-52 G. Wilkinson, E. O.
Fischer
(Nobel Prize 1963)
(Nobel Prize 1963)
1951 – Turkevich???
Ferrocene
Au NPs
1965
Wilkinson’s catalyst
1991 Grubbs catalyst
(Nobel Prize 2005)
At the turn of the 20th century
From Molecular System to
Functional Materials
3D – Systems
1D – Systems
2D ‐ Systems
Nanscience
Specjalność międzywydziałowa – jednostki organizujące
Wydział Chemiczny
Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Inżynierii Materiałowej
Specjalność międzywydziałowa – jednostki organizujące
prof. dr hab. inż.
Janusz Lewiński
prof. dr hab. inż.
Adam Proń
prof. dr hab.
prof. dr hab. inż.
Jerzy Bałdyga
prof. nzw. dr hab. inż.
prof. nzw. dr hab. inż.
Elżbieta Jezierska
Małgorzata Zagórska
Tomasz Ciach
prof. dr hab.
prof. dr hab. inż.
Zbigniew Pakiela
I. Kulszewicz‐Bajer
Leon Gradoń
prof. dr hab. inż.
prof. dr hab. inż.
prof. dr hab. inż.
Małgorzata Lewandowska
Sławomir Podsiadło
dr inż.
Wojciech Bury
Eugeniusz Molga
prof. nzw. dr hab. inż.
Podstawowe obszary badawcze specjalności N&N
Nanotechnologia jest dziedziną wybitnie multidyscyplinarną i wymaga zaangażowania specjalistów z różnych obszarów chemii oraz pokrewnych działów nauki. Konstruowanie nowoczesnych materiałów wymaga dużego doświadczenia w syntezie związków organicznych, nieorganicznych oraz koordynacyjnych jak również doskonałego warsztatu technik analitycznych, które pozwalają na pełną charakteryzację budowy otrzymywanych materiałów. Ponadto niezwykle istotne jest badania właściwości fizykochemicznych syntezowanych układów, tak aby dokonywać
szybkiej oceny przydatności uzyskanych materiałów i niezbędnych modyfikacji budowy komponentów dla poprawiania ich funkcji. Ramowy program zajęć – semestr 1.
I. Przedmioty obowiązkowe
K1: Modelowanie procesów technologicznych (dr Jodzis, WCh)
K2: Przemysłowe procesy katalityczne (prof. Marczewski, prof. Pietrzykowski i prof. Floriańczyk, WCh)
K3: Fizykochemia powierzchni (prof. Płocharski, WCh)
K4: Chemia związków molekularnych i nanomateriałów (prof. Lewiński, WCh)
HES: Prawo własności intelektualnej (15h) + Ekonomika gospodarki odpadami (15h)
150h
15+15h
30h
30h
30h
30h
II. Przedmioty specjalnościowe
195 h
Zaawansowane metody badań materiałów (prof. Jezierska, WIM)
30 h+45h
Nanokataliza i Nanokatalizatory (prof. Molga, WIChiP)
30h
Zaawansowane Materiały Organiczne i Węglowe (prof. Zagórska, prof. Kulszewicz‐Bajer) 30h
Fizykochemia koloidów (prof. Bałdyga, WIChiP)
30h
Nanomateriały Funkcjonalne w Zastosowaniach Inżynierskich (prof. Gradoń, WIChiP) 15h
Wykład obieralny**
15h
Laboratorium syntezy nanostruktur (WCh) / Projekt nanokatalizatory (WIChiP)
30+30(WCh)
Zaawansowane materiały nieorganiczne i nieorganiczno‐organiczne (dr Bury, WCh) 30h
Ramowy program zajęć – semestr 2.
I. Przedmioty obowiązkowe
HES2: Materiały i cywilizacje (dr Królikowski, WCh)
K4: Modelowanie molekularne i modelowanie obiektów fizykochemicznych Laboratorium przeddyplomowe
210h
30h
15+15h
150h
II. Przedmioty specjalnościowe
Funkcjonalizacja Materiałów Nanostrukturalnych (dr Bury, WCh)
Nanotechnologie (prof. Lewandowska, WIM)
Nanomateriały (prof. Pakieła, WIM)
Współczesne metody badań materiałów (prof. Proń, WCh)
Bionanotechnologie (prof. Ciach, WIChiP)
Laboratorium Zaawansowanych Metod Badań Materiałów (prof. Jezierska, WIM) /
/ Zaawansowane Metody Badań Materiałów (dr Zelga, prof. Lewiński, WCh)
165h+45h
30h
30h
30h
15+15h
30h
45h
Ramowy program zajęć – semestr 3.
I.
Wykład specjalnościowy
II. Seminarium dyplomowe
III. Laboratorium dyplomowe IV.Przygotowanie pracy dyplomowej mgr
15h
15h
180h
150h
*Laboratorium – przykłady jednostki laboratorium (5h) bloków tematycznych
•Laboratorium wytwarzania i charakteryzacji nanoproszków (Prof. Kunicki, WCh)
•Laboratorium metaloorganicznych prekursorów materiałów funkcjonalnych (dr Zelga, dr Bury, WCh)
•Laboratorium nieorganiczno‐organicznych polimerów koordynacyjnych (prof. Lewiński, WCh)
•Laboratorium syntezy kropek kwantowych ZnO (Prof. Lewiński, dr Zelga, WCh)
•Laboratorium bioinspirowanych materiałów funkcyjnych (Prof. Lewiński, WCh)
•Podstawy mechanochemii (dr Prochowicz, WCh)
•Laboratorium wytwarzania i charakteryzacji układów micelarnych, emulsji i liposomów (dr Wojciechowski, WCh)
•Laboratorium badań warstw monomolekularnych (dr Wojciechowski, WCh)
•Laboratorium pomiarów elektrokinetycznych w badaniach powierzchni (dr Wojciechowski, WCh)
•Elektrochemiczne i spektroelektrochemiczne badania polimerow skoniugowanych (Prof. Proń, dr Zagórska, WCh)
•Otrzymywanie i funkcjonalizacja nanokrystalicznych foto‐ i elektroluminescencyjnych (Prof. Proń, WCh)
•Synteza i badanie wybranych nanokryształów nieorganicznych związków połprzewodnikowych (Prof. Proń, WCh)
Nowoczesne materiały
Organiczne
Polimery przewodzące
Grafen
Nieorganiczne
Organiczno‐nieorganiczne materiały porowate (MOFs)
Molekularne magnetyki
Nanocząstki metali
Nanocząstki półprzewodników
CdSe, ZnO, GaN etc.
Przykładowe zastosowania nowoczesnych materiałów Produkcja sensorów chemicznych
Medycyna i diagnostyka
Przechowywanie gazów i ogniwa paliwowe
Ogniwa słoneczne
Różnorodność metod syntezy
Klasyczna synteza Linie próżniowe
Nanoszenie warstw epitaksjalnych
Młynki kulowe
Reaktory solwotermalne
Reaktory mikrofalowe
Powszechnie stosowane techniki pomiarowe
Dyfraktometria monokryształów oraz proszkowa
Analiza porowatości
Mikroskopia Elektronowa
Dynamiczne rozpraszanie światła
Spektroskopia NMR
Synteza nanokryształów CdSe o kontrolowanych wymiarach
trioktylofosfina (TOP)
Se w TOP
kwas dodecylofosfonowy (DDPA)
TOPO
heksadecyloamina (HDA)
T=250‐320°C
CdSe
CdO + DDPA
w roztworze
TOPO/HDA
trioktylofosfotlenek (TOPO)
5
średnica nanokryształu / nm
P. Reiss, J. Bleuse, A. Pron Nano Lett. 2 (2002) 781
4,5
4
3,5
Średnica nanokryształów
zależy od czasu reakcji
3
2,5
2
0
200
400
czas / s
600
800
Kropki kwantowe (QDs) – zastosowania Nanosensory
Białe LED‐y
Dostarczanie leków
Ogniwa słoneczne
Biologia komórki
Wyświetlacze: następcy AMOLED‐ów
Diagnostyka
Materiały mikroporowate – zastosowania
Separacja
gazów
Sorpcja wodoru
Nośniki leków
Kataliza
Sensory i luminescencja
Mechanochemia
Proces mechanochemiczny syntezy 1D homochiralnego polimeru koordynacyjnego
LAG, ~30 min
D. Prochowicz, I. Justyniak, A. Kornowicz, T. Kaczorowski, Z. Kaszkur, J. Lewiński Chem. Eur. J., 2012, 18, 7367. Mechanochemiczna
Solwotermalna
Alternatywne ścieżki syntezy MOF‐ów
t = 20 h
T = 100⁰C
t = 5 min
T =25⁰C
J. Lewiński et. al. Patent and article in preparation