Nanoskala overflateprosesser for ingeniører

Overflater er komplekse og dynamiske. Fysiske og kjemiske prosesser er ansvarlig for en at overflaten stadig er i endring over en rekke lengdeskalaer. Disse fenomenene har store implikasjoner. Ekte overflater er komplekse, ikke flate, ikke uniforme, og med en endelig om enn liten tykkelse- Dette gir opphav til store fluktuasjoner der dynamiske prosesser driver evolusjonen av komplekse 3D-strukturer, fra atomar til makroskala. Friksjon for eksempel er ansvarlig for et stort energitap (23% av verdens energitap) med påfølgende signifikante økonomiske og miljørelaterte konsekvenser. I en tid med energiomstilling vil hydrogen og andre brensler være avgjørende for å redusere bruken av fossilt brensel. Imidlertid forringer hydrogen ytelsen til nåværende materialer som starter med en overflateadsorpsjonsprosess, etterfulgt av absorpsjon inn i materialer. Når hydrogen kommer inn i materialet, svekker det mekaniske egenskaper og setter strukturene til energisystemer i fare. Dette er spesielt relevant i metaller og metallegeringer.

Dette kurset handler om nanoskala overflatedynamiske fenomener som er viktig innen flere ulike disipliner og med fokus på ekte systemer og systemfunksjoner. Dette inkluderer småskala elektronikk, biologiske overflater, kompositt materialer og eksperimentell infrastruktur. Hovedfokuset i dette kurset vil være: adsorpsjon, elektrokjemi, overflatetransport, modelleringsmetoder, overflatekarakterisering på nanoskala includert spektroskopiske og mikroskopiske metoder (som f.eks spektroskopi, AFM, QCM, XPS), nanotribologi, smøring og smøremidler, overflatekjemi, nanomekanikk og effekten av hydrogen på metallers nanomekaniske egenskaper.

Kunnskap:

• Forstå hva en overflate er
• Hvordan overflater påvirker materialegenskaper
• Interaksjonen mellom en overflate og materialer, og omgivelsene
• Overflatedynamikk (adsorpsjon, diffusjon, etc.)
• Teoretisk forståelse av overflatefenomener og hvordan disse modelleres.

Ferdigheter:

• Velg riktig eksperimentelle teknikker for å studere spesifikke overflatefenomener
• Bruke den ervervede kunnskapen til å vurdere hvordan en overflate vil oppføre seg i et ekte system
• Lære hvordan å bruke beregningsressurser for å modellere og forstå overflater.

Generell kompetanse:

• Vurdere begrensninger for vanlige tilnærminger innen overflater og grensesnitt
• Forstå hvilke nanoskala eksperimentelle teknikker som egner seg for å studere ulike overflatefenomen.

Forelesninger og fire prosjekter (i grupper og individuelt avhengig av antall studenter). Muntlig presentasjonsevne kan også være en aktivitet i kurset som erstatning for et prosjekt (det avgjøres avhengig av antall studenter som tar emnet).