Smart materiály a jejich využití

Garant předmětu:

Zdeněk Potůček

Přednášející:

Zdeněk Potůček, Petr Sedlák

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 na fyzikální vlastnosti smart materiálů.

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

4. Luminiscenční materiály a jejich využití.

5. Piezoelektrické materiály - měniče, snímače, 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. Slitiny s tvarovou pamětí - jev tvarové paměti, třídy martenzitických transformací, mikrostruktura martenzitických fází, pseudoelasticita a pseudoplasticita.

9. Metody pozorování martenzitických fázových transformací.

10. Numerické simulace chování slitin s tvarovou pamětí.

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

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:

Seznámení s možnostmi využití smart materiálů, mikroskopickou podstatou jejich fyzikálních vlastností, metodami jejich numerických simulací a způsoby jejich ovlivňování..

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:

Odborná literatura:

Základní:

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

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

Doporučená:

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

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

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální inženýrství materiálů (volitelný předmět)
• Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)
• Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)