mef 1000

MEF 1000 – Materialer og energi

MEF 1000

Truls NorbyKjemisk institutt/Senter for Materialvitenskap og nanoteknologi (SMN)Universitetet i OsloForskningsparkenGaustadalleen 21N-0349 Oslo

[email protected]

Kurs-uke 1a

• Kursinformasjon

• Kap. 1; Materialer og energi (innledning)



• Kurs– 10 studiepoeng (1/3 semester)– Pensum

• Truls Norby: Materialer og energi, kompendium 2006, ca. 380 sider

• Li, Dyrlie, Norby: Laboratorieøvelser i MEF 1000, kompendium, ca. 40 sider

– Kursansvarlig: Truls Norby ([email protected])

• Evaluering– Midtveisevaluering (deleksamen);

• 1-times test• Multiple choice• Teller 10%, obligatorisk

– Skriftlig eksamen • Teller 90%


Kursbeskrivelse; innhold og mål

• Innhold– Innledende om material- og

energirelatert fysikk og kjemi. Oppbygning og systematisering av materialer med fokus på moderne, avanserte materialer og energianvendelser. Tar opp konstruksjonsmaterialer, funksjonelle materialer, energimaterialer og nanomaterialer. Kort oversikt over struktur og mikrostruktur fra enkrystaller til nanopartikler og kompositter.

• Hva lærer du?– Studenten skal ha en oversikt over de

viktigste materialtypene, grunnleggende sammenhenger mellom oppbygging, struktur og egenskaper, sentrale bruksområder med vekt på moderne energianvendelser.

– En god del grunnleggende fysikk og kjemi

– Grunnlag for materialvitenskap

– Etablere 3KJ/3FY-nivå

– Dekke noe av KJM1000 og FYS1000 for å forberede videre KJM- og FYS-emner

– Aktuell støttelitteratur er derfor pensumbøker i 3KJ og 3FY og/eller KJM1000 og FYS1000


MEF 1000 – Materialer og energiUndervisning

• Forelesninger• 3 timer/uke (tirsdager 10.15-12.00, LilleFy og onsdager 09.15-10.00 Lille Fy)

• Truls Norby ([email protected])

• + Gjesteforelesere

• Øvelser

– Regneøvelser• 2 timer/uke (fredager 10.15-12.00 eller torsdager 12.15-14.00)

• Anette Gunnæs ([email protected]), ansvarlig

• Karl Petter Lillerud ([email protected])

• Harald Fjeld ([email protected])

– Laboratorieøvelser (obligatoriske)• 4 øvelser á 5 timer erstatter regneøvelsene angjeldende uker

• Karl Petter Lillerud ([email protected]), ansvarlig

• Anette Gunnæs ([email protected])

• Harald Fjeld ([email protected])

• Oddvar Dyrlie ([email protected]); Vikar: Morten Huse

• Alex Read ([email protected])

mailto:[email protected]


Lab-øvelser

• Energi og varme– Entalpi, entropi, varme, lys

• Syntese– Våtkjemisk syntese av en høytemperatur superleder YBa2Cu3O7

• Funksjonelle materialer– Elektriske egenskaper m.m.

– Teste superlederen

• Energikonvertering– Solcelle, elektrolysør, hydrogen, brenselcelle


MEF 1000 – Materialer og energi; Kursplan H06


Materialer og fremskritt

• Materialer har alltid vært en viktig faktor for menneskets ”fremskritt”:

– survival• of the fittestor• of the fattest?

• Tidsaldre oppkalt etter den tidens avanserte materialtype

• Fremskritt/velferd knyttet til – mat– materialer– helse&medisin– informasjon&kommunikasjon (IKT)– transport – energi – miljø…..


Dresselhaus & Thomas, "Alternative energy technologies", Nature Insight: Materials for clean energy, Nature 414 (2001) 332.

Moderne samfunn og velferd krever energi. Hvor kommer den fra?

Energiflyt-diagram for USA 1999: Bare 7% var fornybar energi (+ 8% kjernekraft).


Energi (og miljø) for fremtiden

• Bedre bruk av fossile energikilder

– Bedre effektivitet– Mindre forurensning

– CO2-håndtering

• Overgang til fornybare energikilder

– Direkte solenergi– Indirekte solenergi– Geovarme (og kjernekraft?)

– Hydrogen som energibærer

– Tidsperspektiv?


Hva er et materiale?


Konstruksjonsmaterialer og funksjonelle materialer

• Konstruksjonsmaterialer (strukturelle materialer)

– Mekaniske egenskaper– Styrke– Utseende

• Funksjonelle materialer– Fysikalske egenskaper


Metaller, plast, keramer

• Metaller– Metalliske grunnstoffer– Legeringer– Duktile, leder varme og elektrisitet– Metallglans

• Plast– Polymere organiske forbindelser– Myke– Isolerende

• Keramer– Forskjellige definisjoner– Moderne versjon: Ikke-metalliske

uorganiske faste forbindelser. Inkluderer glass.

– Typisk harde, sprø. – Stor variasjon i sammensetninger og

egenskaper


Kompositt- og hybridmaterialer

• Komposittmaterialer består av flere faser (oftest av forskjellig klasse; metall, plast, keram);

– Bedre egenskaper enn enkeltfasene

eller– Prishensyn/enklere fremstilling

– Eksempler: • Fiberforsterket plast• Cermets (Ceramic+metal)• Armert betong

• Hybridmaterialer– Organiske og uorganiske

komponenter i samme molekyl eller struktur.


Mikroteknologi

• Miniatyrisert og eventuelt tettpakket teknologi

– føle (sensorer) – huske (datalagre) – tenke (prosessorer)– handle (motorer og mekanikk)– skaffe energi

• Solcelle

• Brenselcelle

• termoelektrisk generator


Nanoteknologi

• Naturen har alltid hatt nanoskopiske strukturer

– Mineralsk• Bergarter, leire, jord

– Biologiske• Organismer, vev, ben

– Noen av de beste materialer som er kjent er naturens egne

• Skjell og andre skall (kompositt av mineralske og organiske stoffer)

• tre og andre plantefibre,• edderkoppens tråd, osv.

• Nanoteknologi er å beherske kunstig fremstilling av og egenskaper til strukturer på nanometerskala (< 30 nm)

• Nye egenskaper• Hybridisering (biologisk –

uorganisk)• Miniatyrisering


Materialer og energi

• Materialer er avgjørende for ny energiteknologi

• Energi er avgjørende for naturen som sådan, og for materialer

• Derfor skal vi – Starte med energi

• Mekanikk• Termodynamikk

– Lære om materialer• Sammensetning og bindinger• Struktur og mikrostruktur• Mekaniske egenskaper - konstruksjonsmaterialer• Funksjonelle egenskaper – funksjonelle materialer

– Lære om energiteknologi• Fokus på ny teknologi og materialaspektet

– Nye trender

mef 1000

Documents