Fakulteta za podiplomski študij

Izbrana poglavja iz nanomaterialov

Predmet se izvaja v programu:
Podiplomski študijski program Materiali (tretja stopnja)

Cilji in kompetence

Študentje spoznajo pomen izraza “nano” v povezavi z materiali – razumejo pomen njihove velikosti v primerjavi z volumenskimi materiali, atomi in molekulami. Seznanijo se s posebnimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi nanomaterialov, in, s temi povezano, uporabnostjo nanomaterialov. Razumejo primere uporabe, kjer imajo nanomateriali prednst pred volumenskimi.

Naučijo se osnovnih fizikalnih tehnik in kemijskih sinteznih metod za pripravo nanomaterialov ter osnovnih postopkov funkcionalizacije in oplaščenja površin nanomaterialov. Naučijo se osnov koloidne kemije in razumejo interakcije med nanodelci, kar nadgradijo z znanjem o urejanju nanodelcev v sestavljene materiale. Spoznajo primere takih materialov.

Pridobijo vpogled v vrednotenje nanomaterialov, skupaj s problematiko povezano z njihovo velikostjo. Naučijo se izbrati in kombinirati primerne analizne metode za njihovo primerno vrednotenje.

Seznanjeni so z varnostnimi vidiki in možno toksičnostjo nanomaterialov, s poudarkom na nanodelcih.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

1. Definicija nanomaterialov in njihove uporabe

2. Primerjava fizikalno-kemijske lastnosti nanomaterialov z volumenskimi/grobozrnatimi materiali (električne, magnetne in optične lastnosti, površinske in strukturne lastnosti, kemijska reaktivnost)

3. Fizikalne tehnike za pripravo nanomaterialov (nanodelci, tanke plasti, sestavljene nanostrukture): litografija, pulzirajoče lasersko nanašanje, epitaksija z elektronskimi žarki, kemijsko nanašanje v parni fazi.

4. Kemijska sinteza nanomaterialov (nanodelci, tanke plasti): soobarjanje, sol-gel, termični razkroj organo-kovinskih spojin, hidrotermalna, sonokemijska in mikrovalovna sinteza

5. Nanodelci kot osnovni gradniki uporabnih materialov (kompoziti, plasti, volumenski materiali): interakcije med nanodelci, urejanje nanodelcev, primeri takih materialov.

6. Prilagajanje uporabnosti nanomateriolov s površinsko funkcionalizacijo

7. Uporaba nanomaterialov

8. Vrednotenje nanomaterialov

9. Nano-varnost (toksičnost in varno ravnanje z nanodelci)

Predvideni študijski rezultati

Razumevanje izraza nanomateriali v primerjavi z volumenskimi materiali, molekulami in atomi

Razumevanje fizikalno-kemijskih lastnosti nanomaterialov v primerjavi z volumenskimi materiali.

Poznavanje osnovnih fizikalnih in kemijskih postopkov za izdelavo in sintezo nanomaterialov

Znanje o interakcijah med nanodelci in njihovo urejanje v sestavljene strukture/materiale. Poznavanje takih materialov.

Poznavanje osnov funkcionalizacije in oplaščenja površin nanomaterialov ter njihovega vpliva na uporabnost nanomaterialov

Poznavanje metod vrednotenja nanomaterialov, njihovih omejitev zaradi dimenzije nanomaterialov ter interpretacije rezultatov

Poznavanje možnosti uporabe nanomaterialov

Poznavanje varnostnih vidikov ravnanja z nanomateriali, predvsem z nanodelci, in njihove možne toksičnosti

Temeljna literatura in viri

C. P. Poole Jr., F. J. Owens, “Introduction to Nanotechnology”, John Willey & Sons, Inc., 2003

T. Sugimoto, “Monodispersed Particles”, Elsevier, 2001.

M.-I. Baraton, “Synthesis, Functionalization and Surface Treatment of Nanoparticles” American Science Publications, 2003.

G. Schmid, “Nanoparticles – From Theory to Application” Wiley-VCH, 2004.

K. S. Suslick, “Ultrasound and its Chemical, Physical, and Biological Effects”, VCH, Publishers, Inc. 1988

J. N. Israelachvili, “Intermolecular and Surface Forces“, Academic Press Inc. LTD, 1985

M. Hosokawa, K. Nogi, M. Naito and T. Yokoyama (Eds.), “Nanoparticle Technology Handbook“, Elsevier BV., 2008

R. F. Probstein, “Physicochemical Hydrodynamics“, John Wiley & Sons, 2003

B. Fadeel, A. Pietroisti, A. A. Shvedova, “Adverse Effects of Enginnered Nanomaterials”, Elsevier, 2012

Novejši pregledni članki/Up-to-date review articles

Načini ocenjevanja

Projekt, ustni izpit 50/50

Reference nosilca

Prof. dr. Darja Lisjak (h indeks = 18) je višja znanstvena sodelavka na Institutu Jožef Stefan na Odseku za Sintezo materialov. Njena raziskovalna usmeritev je sinteza in karakterizacija materialov (nanomateriali, hibridni materiali, plasti), urejanje nanodelcev v funkcionalne materiale, površinska in koloidna kemija.

Diplomirala je iz kemije leta 1993 na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani, kjer je tudi doktorirala, leta 1999, na področju materialov. Doktorsko usposabljanje je opravila kot mlada raziskovalka na Institutu Jožef Stefan. V tem času (1997/98) je bila tudi na enoletnem dodatnem usposabljanju na University of Pennsylvania, v ZDA. Od takrat je bila zaposlena na Institutu Jožef Stefan in v letih 2010–2013 tudi kot višja znanstvena sodelavka v Centru odličnosti COBIK. V letu 2015 je bila gostujoča raziskovalka na Univerzi v Trstu. Sodelovala je v več evropskih projektih in projektih s slovenskimi podjetji kot koordinatorka ali nosilka. Leta 2015 sta s sodelavko dr. Alenko Mertelj prejeli Zoisovo priznanje za odkritje feromagnetnih tekočekristalnih suspenzij.

Na Mednarodni podiplomski šoli poučuje od leta 2006 in je bila leta 2016 habilitirana kot izredna profesorica. Trenutno nosilka predmeta Nanodelci, koloidna in površinska kemija. Bila je mentorica več doktorskih in dveh diplomskih študentov.

1. LISJAK, Darja, PLOHL, Olivija, MAJARON, Boris, PONIKVAR-SVET, Maja. Dissolution mechanism of upconverting AYF4:Yb,Tm (A = Na or K) nanoparticles in aqueous media. Langmuir., 2016, 32, 8222-8229,

IF 3.833.

2. LISJAK, Darja, OVTAR, Simona, KOVAČ, Janez, GREGORATTI, Luca, ALEMAN, Belen, AMATI, Matteo, FANETTI, Mattia, MAKOVEC, Darko. A surface-chemistry study of barium ferrite nanoplates with DBSa-modified surfaces. Appl. Surf. Sci., 2014, 305, 366-374,

IF 3.387.

3. LISJAK, Darja, JENUŠ, Petra, MERTELJ, Alenka. The influence of the morphology of ferrite nanoparticles on the directed assembly into magnetically anisotropic hierarchical structures. Langmuir, 2014, 30, 6588-6595,

IF 3.833.

4. MERTELJ, Alenka, LISJAK, Darja, DROFENIK, Mihael, ČOPIČ, Martin. Ferromagnetism in suspensions of magnetic platelets in liquid crystal. Nature, 2013, 504, 237-241,

IF 40.137.

5. LISJAK, Darja, OVTAR, Simona. Directed assembly of BaFe12O19 particles and the formation of magnetically oriented films. Langmuir, 2011, 27, 14014-14024,

IF 3.833.

Univerzitetna koda predmeta: 3MAi01

Letnik: 1

Predavatelj:

ECTS: 9

Obseg:

  • Predavanja: 30 ur
  • Seminar: 30 ur
  • Samostojno delo: 210 ur

Vrsta predmeta: izbirni

Jeziki: angleški, slovenski

Metode poučevanja in učenja:
predavanja, projektna naloga, individualno delo s študenti