Smart materiály a jejich využití

Přednášející:

Zdeněk Potůček (gar.), Petr Sedlák (gar.)

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

Smart materiály mají jednu nebo více vlastností jako tvar, vodivost nebo barva, které mohou být výrazně a vratně měněny změnami vnějších podmínek. Tyto vlastnosti reagující na vnější podněty (teplo, mechanické napětí, elektrické pole, světlo) určují způsob využití daného typu smart materiálů. Pasivní a aktivní tlumení vibrací, airbagová čidla, akustické měniče, přesná polohovací zařízení, miniaturní ultrazvukové motorky, cévní stenty, umělá svalová vlákna, obroučky brýlí, antény mobilních telefonů, světlocitlivá skla nebo fotochromní a termochromní tkaniny mohou sloužit jako několik příkladů stále se rozšiřujícího spektra jejich aplikací. Přednášky jsou zaměřeny na fyzikální vlastnosti, metody studia a možnosti využití materiálů měnících barvu, materiálů vyzařujících světlo, piezoelektrických materiálů, vodivých polymerů, dielektrických elastomerů, feroelektrických materiálů a materiálů s tvarovou pamětí. Pozornost je věnována také vlivu fázových přechodů na fyzikální vlastnosti uvažovaných materiálů a jejich numerickým simulacím.

Požadavky:

Základní znalosti ze struktury pevných látek, teorie pevných latek, fyziky dielektrik a optických vlastností pevných látek.

Osnova přednášek:

1. Tepelné, elektrické, mechanické a optické vlastnosti pevných látek, symetrie krystalů, tenzorový popis fyzikálních vlastností.

2. Vliv fázových přechodů 1. a 2. druhu na fyzikální vlastnosti pevných látek.

3. Materiály měnící barvu - fotochromní, termochromní a elektrochromní jev.

4. Materiály vyzařující světlo - fluorescence, fosforescence, elektroluminiscenční displaye.

5. Piezoelektrické materiály pro měniče, snímače a systémy pohon/čidlo jako přesná polohovací zařízení, miniaturní ultrazvukové motorky, adaptivní mechanické tlumiče.

6. Vodivé polymery a dielektrické elastomery pro umělé svaly.

7. Feroelektrické materiály, feroelektrické a optické paměti.

8. Jev tvarové paměti, slitiny s tvarovou pamětí, třídy martenzitických transformací, mikrostruktura martenzitických fází, pseudoelasticita a pseudoplasticita.

9. Významné materiály s tvarovou pamětí - slitiny Ni-Ti, CuZnAl, CuAlNi.

10. Numerické simulace chování slitin s tvarovou pamětí.

11. Metody pozorování martenzitických fázových transformací.

12. Použití slitin s tvarovou pamětí - zařízení pro pasivní a aktivní tlumení vibrací, adaptivní kompositní systémy, biomedicínské aplikace, chirurgické nástroje, aplikace v kosmonautice a letectví, umělá svalová vlákna, termostaty.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Přehled smart materiálů a možností jejich využití, pochopení mikroskopické podstaty jejich fyzikálních vlastností, vztahů mezi fyzikálními vlastnostmi a strukturou smart.

Schopnosti:

Optimalizace či vývoj nových smart materiálů vycházející z adekvátních teoretických modelů za účelem nalezení materiálů s fyzikálními vlastnostmi požadovanými pro jednotlivé aplikace.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]. Encyclopedia of Smart Materials, Ed.: M. Schwartz, John Wiley and Sons, New York, 2002.

[2]. Shape Memory Materials, Eds.: K. Otsuka, C. M. Wayman, Cambridge University Press, Cambridge, 1998.

Doporučená literatura:

[3]. Zhong-lin Wang, Z. C. Kang: Functional and Smart Materials: Structural Evolution and Structure Analysis, Plenum Press, New York, 1998.

[4]. Jasprit Singh: Smart Electronic Materials: Fundamentals and Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2005.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: