TMT4445

Avanserte funksjonelle materialer

Sist undervist 2024

Høst

Trondheim

Engelsk

Oversikt

Snitt

B

3,70

0,05

Ståprosent

100 %

likt

Karakterfordeling
Snitt over tid
Ståprosent over tid

Om emnet

Faglig innhold

The course provides a fundamental understanding of the physical principles responsible for the properties of important functional materials, with emphasis on the design of material properties for energy-efficient device technologies, emerging and potential engineering applications, and sustainability. The course covers: Li-ion batteries and Solid-state batteries. Anode materials (conversion, intercalation, alloys), cathode materials (conversion, intercalation), electrochemical potential of electrode materials, solid-state electrolytes, ionic and electronic transport in solids, interfacial properties in solid-state batteries. Key challenges in solid-state battery development and their mitigation strategies. Materials for future nanotechnology: Introduction to symmetry analysis of solids and the Landau theory of phase transitions; ferromagnetic and ferroelectric memories; flexoelectricity; skyrmions and vortex structures; improper ferroics, multiferroic and magnetoelectric devices; epitaxial engineering of heterointerface properties and domain wall properties; memristive memories, artificial synapses and neuromorphic circuitry.

Læringsmål

Emnet vil gjøre studentene i stand til å: -Anvende symmetrianalyse og Landauteori til å forutsi og klassifisere primære og sekundære ferroiske egenskaper og domenedannelse. -Evaluere piezoelektriske egenskaper for ulike teknologiske anvendelser og foreslå måter å optimalisere disse egenskapene på, og evaluere kommende blyfrie sammenliknet med kommersielle blyholdige materialer. -Forklare grunnleggende egenskaper og opprinnelsen til relaksoroppførsel, og identifisere måter å skreddersy relaksoroppførsel for ulike anvendelser. -Forklare prinsippene bak faseforvandlingen mellom amorf og krystallinsk fase, og de resulterende egenskapene. -Evaluere det teknologiske potensialet for ikke-linearitet, gradienter og topologiske faser i faste stoffer. -Diskutere korrelasjoner mellom sameksisterende elektroniske frihetsgrader. -Forklare den elektrokaloriske effekten, mikroskopiske årsaker, og teknologiske anvendelser. -Evaluere avgrensninger og heterogenitet i énfasematerialer og multi-lag-materialer. -Diskutere uvanlige korrellasjonsfemener i naturlige og kunstige 2D-systemer. -Forklare kobling mellom punktdefekter og funksjonelle egenskaper ut fra et anvendelsesperspektiv, og evaluere materialegenskaper for ionotroniske enheter inkludert sensorer, aktuatorer, memristorer og kunstige synapser.

Læringsformer og aktiviteter

Undervisningen omfatter forelesninger, øvinger og et obligatorisk prosjektarbeid som også omfatter en presentasjon av arbeidet. Undervisningen og eksamen vil bli gitt på engelsk. Forventet tidsbruk: Forelesninger: 60 timer, project work: 30 timer, selvstudium: 95 timer.