Pevné látky pro biomedicínu

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Fyzika pevných látek (FPL) je nejrozšířenějším oborem fyziky s nejrozsáhlejšími aplikacemi. Tématické okruhy přednášek: typy vazeb, struktura PL, metody určování struktury, elektrické vlastnosti kovů, kmity mřížky a tepelné kapacity, pásová teorie PL, luminiscence a vybrané optické vlastnosti PL, fyzika polovodičů, dielektrika a magnetika, mechanické vlastnosti kovů, supravodivost, kapalné krystaly, materiály v medicíně.

Požadavky:

Zápočet: aktivní účast na řešení úloh, zápočtová písemná práce.

Zkouška: zápočet, prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce.

Osnova přednášek:

1.Typy vazeb: přitažlivé a odpudivé síly v krystalu, kovalentní, kovová, iontová vazba, Van der Waalsovy molekulární síly, vodíková vazba, smíšené vazby

2.Struktura pevných látek: pevné, kapalné, plynné skupenství, plazma, prvky symetrie, operace symetrie, krystalové soustavy, bodové grupy, prostorové grupy, Bravaisova mřížka, reciproká mřížka, mřížkové poruchy

3.Metody určování struktury: princip rentgenové, elektronové a neutronové difrakce, jejich porovnání a aplikace

4.Elektrické vlastnosti kovů: klasická, kvantová a pásová teorie kovů, elektrická

a tepelná vodivost, zaplněnost valenčních pásů, Boltzmannova kinetická teorie, vodivost slitin, Fermiho-Diracova rozdělovací funkce

5.Kmity mřížky a tepelné kapacity: kmitové větve - akustické, optické, Brillounova zóna, Dulongův-Petitův zákon, Debyeova teplota, Einsteinovy členy

6.Pásová teorie pevných látek: zaplněnost, vzdálenost a překryv pásů, pásová teorie tuhých látek, metody studia pásové struktury, Fermiho-Diracova rozdělovací funkce, Maxwellova-Boltzmanova rozdělovací funkce, pásová struktura kovů

a polovodičů, valenční x vodivostní pás, dovolené a zakázané energetické hladiny

7.Luminiscence: fosforescence, fluorescence, elektronové přechody, mezisystémové přechody, emisní x excitační spektra, metody měření luminiscence, absorpce, Lambertův-Beerův zákon, chemiluminiscence, bioluminiscence

8.Fyzika polovodičů: energetická pásová struktura, vlastní, příměsový

a kompenzovaný polovodič, akceptory, donory, P-N přechod, V-A charakteristika P-N přechodu

9.Dielektrika a magnetika: Clausiova-Mosottiova rovnice, mechanismy polarizace, Kramersovy-Kronigovy relace, Debyeovy formule, Lyddanův-Saxsův-Tellerův vztah, optické vlastnosti dielektrik, mezipásmové přechody, absorpční hrana, jevy v dielektrikech, diamagnetismus, feromagnetismus, paramagnetismus, doménová struktura v magneticky uspořádaných látkách

10.Mechanické vlastnosti kovů: struktura kovů, poruchy krystalové mřížky, stlačitelnost, pružnost, teplotní roztažnost, složky napětí, deformace, mechanické teorie pevnosti

11.Supravodivost: způsoby chlazení, Peltierův jev, stavová rovnice ideálního plynu, Helium 3, Helium 4, ??přechod, Ginsburgova-Landauova teorie, BCS teorie supravodivosti, Meissnerův jev, Londonovy rovnice, Josephsonovy jevy

12.Kapalné krystaly: fotonické struktury, fázové přechody 1. a 2. druhu, termotropní, lyotropní, chirální a nechirální kapalné krystaly, nematická, cholesterická, smektická fáze

13.Materiály v medicíně: keramika, kloubní náhrady, biokompatibilní materiály, zápočtový test

14.Oprava testu, konzultace, zápočet.

Osnova cvičení:

Řešení vybraných typových úloh z oblasti teorie pevných látek a fyziky kondenzovaného stavu: 1. Kmity atomů v krystalických mřížkách a jejich tepelné vlastnosti, 2. Schrödingerova rovnice pro pevné látky, 3. Fonony, 4. Pohyb elektronů v periodickém potenciálu, 5. Odezva pevných látek na vnější elektromagnetickou vlnu, 6. Výpočty optických parametrů, 7. Reakce polovodičového PN přechodu na vnější elektrické pole.

Cíle studia:

vytvořit u studentů komplexní pohled na problematiku fyziky pevných látek, klasická fyzika + kvantová fyzika + statistická fyzika

Studijní materiály:

[1] Kraus I., Frank H., Kratochvílová I.: Úvod do fyziky pevných látek, ČVUT v Praze, 2009.

[2] Kraus I., Fiala J.: Elementární fyzika pevných látek, ČVUT v Praze, 2011.^[3] Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.

[4] Beiser A.: Úvod do moderní fyziky, Academia Praha 1975.

[5] Kraus I.: Struktura a vlastnosti krystalů, Academia Praha, 1993

.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní obor Přístroje a metody pro biomedicínu - prezenční v angličtině (povinně volitelný předmět)