y-profilen: material- och nanofysik

Y-profilen: Material- och Nanofysik

Profilansvarig: Fredrik Eriksson, freer@ifm.liu.se

Profilinformation, Ymnf, 2016 Fredrik Eriksson, freer@ifm.liu.se

• Nanoteknik och nanovetenskap handlar om att studera, manipulera och bygga ihop material på atomär nivå där objektets tjocklek är i storleksordningen <100 nm.

• Designa nya material, komponenter eller system som har förbättrade eller nya egenskaper.

• Nanotekniken är tvärvetenskaplig och möjliggör bland annat att du bär en liten superavancerad telefon i din ficka, att det går att bygga upp en ny strupe av stamceller till en cancerpatient, eller att det går att effektivt rena grundvatten.

• 2020 beräknas nanoindustrin omsätta otroliga 3000 miljarder dollar och ge upphov till sex miljoner nya arbetstillfällen, globalt sett. Vi ligger inte efter i Sverige. Än så länge.

Nanoteknik är framtiden!

Nanoteknik - Tunna ytbeläggningar

Motorblock

Verktyg för skärande bearbetningborrar, svarvstål, frässtål, etc.

• Ytbeläggningar används för att förlänga livstiden/hållbarheten hos verktygen.

• Hårda, nötningsbeständiga, oxidationsbeständiga, högtemperaturstabila, etc.

• TiN TiCN TiAlN

Material och nanoteknik inom medicin

Hjärtklaff

Höftledsimplantat

Pacemaker

• Medicinska implantat (biokompatibla, nötningsbeständiga, hållbara...)

• Kirurgiverktyg (låg reflektans, biokompatibla, oxidationsresistenta)

• TiAlN-Nb och TiCN-Nb

• Penicillin-belagda ytor

Konstgjord strupe av nanofibrer

0.0000001 bågsekunders upplösning krävs för att avbilda stjärnor och svarta hål.

Hubble: 0.1 bågsekunder(600 ggr bättre än ögat)

Astronomical X-ray Telescopy

M87 galaxen

Avbilda händelsehorisonten hos ett svart hål

32 rymdskepp, vardera med1 m2 röntgenspegel...

...som flyger i formationmed en precision på ~2 nm...

...under 40 h exponeringstid!

5000 km

Avancerad, hållbar, röntgenoptik (=nya material) krävs!

http://bhi.gsfc.nasa.gov/docs/vision.html

MAXIMs uppdrag: Att avbilda ett svart hål

1 miljon gånger bättre upplösningän HST!

År 2040

Deep-space Astronomical X-ray Interferometry

Nya material kommer alltid att behövas

Källa: Tyska rådgivande kommittén för global förändring

Prognos för förändringar i den globala energiblandningen till 2100

Naturgas

VindBiomassa

Årlig energianvändning

1018 J2000 2010 2020 2030 2040 2050

Kärnkraft och vatten

Nanoteknik är framtiden!

ÅK PER Block 1 Block 2 Block 3 Block 4

4 HT7HT1

Experimentellfysik

Kvantmekanik NanoteknologiAnalytiskmekanik

7HT2 Materiefysik I Halvledarteknik Ytfysik

4 VT8VT1

Materialtekniskaanalysmetoder

Materiefysik II Materialvetenskap Materialoptik

8VT2 Tunnfilmsfysik OptoelektronikModerna

sensorsystem

9HT1 HalvledarfysikProjekt-

laborationeri fysik CDIO projektkurs

BeräkningsfysikSensor-chip

9HT2Projekt-

laborationeri fysik

Nanofysik

5 VT 10VT Examensarbete

obligatorisk

valbar

(Blockplacering möjliggör valfri kombination av kurser.)

Material och nanofysik, kursutbud

+ övriga valbara fysikkurser

4 HT7HT1

Experimentellfysik

4 VT8VT1

sensorsystem

9HT2Projekt-

laborationeri fysik

Nanofysik

obligatorisk

valbar

Materialvetenskap

4 HT7HT1

Experimentellfysik

4 VT8VT1

sensorsystem

9HT2Projekt-

laborationeri fysik

Nanofysik

obligatorisk

valbar

Elektronik

4 HT7HT1

Experimentellfysik

4 VT8VT1

sensorsystem

9HT2Projekt-

laborationeri fysik

Nanofysik

obligatorisk

valbar

4 HT7HT1

Experimentellfysik

4 VT8VT1

sensorsystem

9HT2Projekt-

laborationeri fysik

Nanofysik

obligatorisk

valbar

Generell materialfysik

4 HT7HT1

Experimentellfysik

4 VT8VT1

sensorsystem

9HT2Projekt-

laborationeri fysik

Nanofysik

obligatorisk

valbar

Exempel på kursinnehåll från...

• En introduktionskurs i Fasta Tillståndets Fysik som förklarar kristallstrukturer, termiska och elektroniska egenskaper hos fasta material.

Materiefysik IKursansvarig: Chariya Vironjanadara Kurskod: TFFY70

Några vanliga kristallstrukturer:

bcc fcc

Litteratur: C. Kittel: Introduction to Solid State Physics.

1. Crystal structure

2. Reciprocal lattice

3. Crystal binding

4. Phonons I, crystal vibrations

5. Phonons II, thermal properties

6. Free electron Fermi gas

7. Energy bands

8. Semiconductor crystals

9. Fermi surfaces and metals

18. Point defects

20. Dislocations

valensband

ledningsband

• En introduktionskurs i Fasta Tillståndets Fysik som förklarar kristallstrukturer, termiska och elektroniska egenskaper hos fasta material.

Litteratur: C. Kittel: Introduction to Solid State Physics.

1. Crystal structure

2. Reciprocal lattice

3. Crystal binding

4. Phonons I, crystal vibrations

5. Phonons II, thermal properties

6. Free electron Fermi gas

7. Energy bands

8. Semiconductor crystals

9. Fermi surfaces and metals

18. Point defects

20. Dislocations

Bandstruktur

Elektronenergi

stort energi gapmellan valens- ochledningsband

Isolator

valensband

ledningsband

Ferminivå

valensband

ledningsband

Halvledare Ledare

Två laborationer:

• IR-absorption, phonon assisted interband transitions

• Band structure, Kronig-Penny and empty lattice models

Mer information om kursen hittar ni på: www.ifm.liu.se/courses/tffy70/index.htmlsamt i Studiehandboken.

Germanium

valensband

ledningsband

• 12 st (6 h) laborationer

1. Holografi

2. Zeemaneffekt

3. Analys av -spektrum

4. Emissionsspektroskopi

5. Värmepump & Stirlingmotorn

6. Lauemetoden

7. Röntgenspektroskopi

8. Vakuumteknik

9. Masspektroskopi

10. Curie & Ising

11. Fiberoptik

12. Sveptunnelmikroskopet

Experimentell fysikKursansvarig: Son Nguyen Kurskod: TFFM08

En laborationsrapport per deltagare (normalt 2 studenter/grupp)

Inget magnetiskt fältenkel övergång

Magnetiskt fältflera övergångar möjliga

spektrum utanmagnetiskt fält

spektrum medmagnetiskt fält

1. Holografi

2. Zeemaneffekt

6. Lauemetoden

8. Vakuumteknik

9. Masspektroskopi

10. Curie & Ising

11. Fiberoptik

Zeemaneffekt i spektrat från en solfläck, 1908

The spectra of hydrogen exhibited the Zeeman effect whenever the area of view passed over a sunspot on the solar disc.

1. Holografi

2. Zeemaneffekt

6. Lauemetoden

8. Vakuumteknik

9. Masspektroskopi

10. Curie & Ising

11. Fiberoptik

1. Holografi

2. Zeemaneffekt

6. Lauemetoden

8. Vakuumteknik

9. Masspektroskopi

10. Curie & Ising

11. Fiberoptik

elektronersom tunnlar

1. Holografi

2. Zeemaneffekt

6. Lauemetoden

8. Vakuumteknik

9. Masspektroskopi

10. Curie & Ising

11. Fiberoptik

Cu yta

Kolnanorör

Ni yta

Materialtekniska Analysmetoder

• Strukturen– kristallstruktur – hur sitter

atomerna i olika material

– kornstorlek

– defekter

Materialtillverkning

Atomstrukturoch

komposition

Egenskaper

• Komposition– vilka grundämnen utgör

materialet

– vilken koncentration har vi av olika ämnen

Kursansvarig: Fredrik Eriksson Kurskod: TFFM40

• Ljusoptisk mikroskopi (LOM)

• Svepelektronmikroskopi (SEM)

• Transmissionselektronmikroskopi (TEM)

• Ellipsometri

• Röntgendiffraktion (XRD)

• Elektrondiffraktion (ED)

• Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS)

• Augerelektronspektroskopi (AES)

• Mikrosondspektroskopi (EDS, WDS)

• Sekundärjonsmasspektrometri (SIMS)

• Ger gedigna teoretiska och handgripliga kunskaper om metoder i modern materialanalys.

Kursansvarig: Fredrik Eriksson

Materialtekniska AnalysmetoderKursansvarig: Fredrik Eriksson

Transmissions-elektronmikroskop

C60-molekyl

ca 1.6 nm

Att se en nanostruktur i labbet

Transmissions-elektronmikroskop

C60-molekyl

1 000 000 x

ca 1.6 nm

Nanolökar

Ett knappnålshuvud 10 mil bort!

Elektronmikroskop

C60-molekyl

4 nm1 000 000 x

Teleskop som är10 000 ggr bättreän Hubble krävs!

Prover från aktuell forskning: TEM av en Cr/Sc multilagerröntgenspegel

N=1200totalt 1 µm tjock

Varje lager: 0.8 nm(ca 4 atomlager)

F. Eriksson, N. Ghafoor, J. Birch et al., Appl. Opt., 47, 4196 (2008)

TunnfilmsfysikKursansvarig: Kostas Sarakinos

• Beläggningstekniker• Kärnbildning- och tillväxt• Vakuumteknik• Datorsimulering• Epitaxiell tillväxt• Karakterisering av tunna filmer• Optiska tunnfilmer• Mekaniska egenskaper• Elektriska egenskaper

Plasma – en joniserad gas

Beläggningssystem

Vakuumkammare

• Tunnfilmskoncept: Alla material har en yta. Genom att belägga ytan med en tunn film så kan man förbättra materialets fysikaliska och kemiska egenskaper.

TunnfilmsfysikPrincipen för magnetronsputterbeläggning

Principen:

Targetmaterial i en vakuumkammare med pålagd spänning, -V

”Sputter” gas (ArAr+)

Ett elektriskt fält mellan plasmat och target accelererar positiva joner mot target.

Ar-joner slår ut targetatomer (och e-) – ”sputtering”

En del av det sputtrade materialet hamnar på substratet och bildar en tunn film.

substrat

Target (Si, Mo, Cr, Sc, Ni, etc.)

kollision

+’sputtring’

Tunnfilmsfysik

Laborationer:• Magnetron sputterbeläggning +

bestämning av filmtjocklek och ytojämnhet• Datorsimulering

Studiebesök:• Industriell beläggare (Sandvik, Seco Tools,

IonBond, Impact Coatings, etc.)

Kursansvarig: Kostas Sarakinos

Datorsimulering av tunnfilmstillväxt – hur påverkar olika beläggningsparametrar tillväxten?

Nanolaminerad MAX-fas

Nya material handlar om ett hållbart samhälle!

Exempel: Energiförsörjning…

Nya material handlar om ett hållbart samhälle!

… med minimal miljöpåverkan!

Exempel: Energiförsörjning…

Avancerade material – Svensk basindustri

Forskningsmässigt är Linköpings universitet världsledande inom området!

Jobb för materialfysiker (Y)Denna veckas jobbannonser i Ny Teknik:

• Vattenfall– Kärnbränsleingenjör

– Härdfysiker

– Processoperatör

• Arcam– Applikationsingenjör

• Norstel– Utvecklingsingenjör

– Processingenjör

• Gränges– Korossionsingenjör

• Combine– Testingenjör

• Solibro– Utvecklingsingenjör

– Utrustningsingenjör

• Sandvik– Applikationsingenjör

• Studsvik– Materialprovning (masspektroskopi)

• Swerea– Textil fiberteknologi

– Fiberutveckling inom biobaserade material

– Nonwoven och polymera fibrer

• Husqvarna– Fuel and lubrication

• Information om kurser och profiler på Y-programmet mfl.

• Kursansvariga och profilansvariga finns tillgängliga för att svara på frågor om kurser, profiler och program.

• Mingel med kursansvariga, fika, fysikexperiment, mm.

• Labturer – se materialforskningen vid LiU inifrån!

Välkommen till

Öppen Institution - IFMFysikhusets huvudentré, Torsdagen den 10 mars 2016, 15-ca 17.30

y-profilen: material- och nanofysik

Documents

metod och material

analys av material- och informationsflöden vid gunnebo...

numerical and experimental investigation of the effect of...

material och metoder för rotfyllning

metalliska material och lighter

information om enkäten - kristianstads kommun · diagram...

profilen kommunikation för y, yi, d & it

langgut & profilen lagerung

utbildning i suntprats metod och material

simuleringsbaserad material och produktionsstyrning

kriterier för sunda byggnader och material fÖr sunda...

medicinsk teknik ”traditionell” materialvetenskap...

vergleich von perm/skyth-profilen des ober-, mittel- und

att skriva och framföra eget material - diva portal

diamantskivor för keramiska material och kakel pdf€¦ ·...

sosiale medier og journalistikk - profilen din

mit profilen und transparenzen 30 let biroja za slovensko

ann-louise och fredric svenska bowlingmästare...Årgång 48...

profilen kommunikation - linköping university · 2011. 9....

sapa solskydd 4550 - karlstad byggaluminium & montage ab ·...