Φυσική της Μαλακής Συμπυκνωμένης Ύλης

Tίτλος του μαθήματος

Φυσική της Μαλακής Συμπυκνωμένης Ύλης

Κωδικός αριθμός μαθήματος

ELMP11

Τύπος του μαθήματος

Επιλογής

Επίπεδο του μαθήματος

Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)

Έτος σπουδών

Πρώτο ή δεύτερο

Εξάμηνο

Δεύτερο ή τρίτο

Πιστωτικές μονάδες ECTS

6

Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων

Σ. Σακκόπουλος Καθηγητής και Χρ. Τοπρακσίογλου Καθηγητής

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει ενημερωθεί θεωρητικά για τα γενικά χαρακτηριστικά των ‘μαλακών’ συμπυκνωμένων υλικών και ειδικότερα για τα πολυμερή, συμπεριλαμβανομένων και των συζυγών πολυμερών

τα οποία μπορεί να εμφανίσουν αγωγιμότητα εκατοντάδων S/cm (συνήθως) και επί πλέον να χρησιμοποιηθούν σε φωτονικές διατάξεις:

1. Κορεσμένα και συζυγή πολυμερή. Πολαρόνια, διπολαρόνια, σολιτόνια και πολαρονικά εξιτόνια στα συζυγή πολυμερή.

2. Δομή, μηχανισμοί ηλεκτρικής αγωγιμότητας και γήρανση των αγωγίμων πολυμερών.

3. Σύνθεση και επεξεργασία των φωτονικών πολυμερών.

4. Ηλεκτροφωταύγεια στα συζυγή πολυμερή.

5. Φωτοεκπομποί δίοδοι συζυγών φωτονικών πολυμερών.

6. Χημική ρύθμιση του ενεργειακού χάσματος.

7. Παράγοντες που επηρεάζουν την καλή λειτουργία των φωτοεκπομπών διόδων πολυμερών – Ετεροδομές.

8. Οθόνες φωτονικών πολυμερών.

καθώς και για τα κολλοειδή, τα αυτό-οργανούμενα συστήματα και τους υγρούς κρυστάλλους.

Δεξιότητες

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες:

Θεωρητική κατανόηση των κύριων χαρακτηριστικών (μικροσκοπική και μεσοσκοπική δομή, μηχανικές ιδιότητες, φυσικές διεργασίες) της μαλακής συμπυκνωμένης ύλης.

Εξοικείωση με την αναζήτηση και αξιολόγηση πληροφοριών από ηλεκτρονικές πηγές. Χρήση της αγγλικής γλώσσας. Θεωρητική κατανόηση των φυσικών διεργασιών που σχετίζονται με την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την ηλεκτροφωταύγεια στα συζυγή πολυμερή.

Προαπαιτήσεις

Οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν καλή γνώση της Θερμοδυναμικής, Φυσικής Στερεάς Κατάστασης καθώς και γενικές γνώσεις Στατιστικής Μηχανικής, Κβαντομηχανικής και Βασικής Χημείας.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος

Εισαγωγή στη μαλακή συμπυκνωμένη ύλη

Μηχανικές ιδιότητες των στερεών, υγρών και της ‘μαλακής’ συμπυκνωμένης ύλης (μέτρο ελαστικότητας, ιξώδης και ελαστική συμπεριφορά, ιξωδοελαστικότητα) και η σχέση τους προς τα διαμοριακά δυναμικά.

Ύαλώδη υλικά και υαλώδης μετάπτωση. Χρόνοι χαλάρωσης σε υγρά που σχηματίζουν υάλους.

Πολυμερή

Εισαγωγή στα πολυμερή. Χημική δομή και μοριακή αρχιτεκτονική των πολυμερών. Στατιστική τυχαίου περιπάτου και διαστάσεις πολυμερικής αλυσίδας. Αποκλειστέος όγκος. Εντροπία πολυμερικής αλυσίδας και εισαγωγή στην ελαστοελαστικότητα. Ποιότητα διαλύτη σε πολυμερικά διαλύματα. Θεωρία Flory-Huggins. Πολυμερικά τήγματα. Θεωρία ερπησμού. Προσρόφηση πολυμερών

Αγώγιμα πολυμερή

1. Κορεσμένα και συζυγή πολυμερή. Πολαρόνια, διπολαρόνια, πολαρονικά εξιτόνια και σολιτόνια στα συζυγή πολυμερή.

2. Δομή, μηχανισμοί ηλεκτρικής αγωγιμότητας και γήρανση των αγωγίμων πολυμερών.

3. Σύνθεση και μορφοποίηση των φωτονικών πολυμερών.

4. Ηλεκτροφωταύγεια στα συζυγή πολυμερή.

5. Φωτοεκπομποί δίοδοι συζυγών φωτονικών πολυμερών.

6. Χημική ρύθμιση του ενεργειακού χάσματος.

7. Παράγοντες που επηρεάζουν την καλή λειτουργία των φωτοεκπομπών διόδων πολυμερών – Ετεροδομές.

8. Οθόνες φωτονικών πολυμερών.

Κολλοειδή

Θεωρία DLVO και σταθερότητα κολλοειδών. Σταθεροποίηση κολλοειδών σωματιδίων με χρήση προσροφημένων πολυμερικών αλυσίδων.

Αμφιπολικά μόρια και αυτό-οργάνωση

Μεταπτώσεις φάσεων. Η ελεύθερη ενέργεια ανάμειξης. Διαγράμματα φάσεως. Διαχωρισμός spinodal. Πολύπλοκες φάσεις σε διαλύματα αμφίφιλων μορίων και ο ρόλος της διεπιφανειακής καμπυλότητας. Μικρογαλακτώματα. Περιοδικές δομές σε αμφίφιλα συστήματα.

Υγροί κρύσταλλοι

Εισαγωγή στις υγροκρυσταλλικές φάσεις. Η μετάπτωση νηματικού-ισοτροπικού.

Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη

1.‘ Soft Condensed Matter’ R.A.L. Jones, Oxford University Press, Oxford (2002).

2. ‘Intermolecular and Surface Forces’ J.N. Israelachvili, Academic Press, London (1992).

3. ‘Polymer Physics’ M. Rubinstein and R.H. Colby Oxford University Press Oxford (2006).

4. “Handbook of Polymers in Electronics” Bansi D. Malhotra (Ed.) Rapra Techn. Ltd., Shawbury, UK (2002). 5. “Conjugated Polymers” (Theory, Synthesis, Properties and Characterization)

Eds T.A. Skotheim and J.R. Reynolds, CRC Press, USA (2007).
6. “Conjugated Polymers” (Processing and Applications)

Eds T.A. Skotheim and J.R. Reynolds, CRC Press, USA (2007).

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Παρακολούθηση διαλέξεων και παρουσίαση σχετικών θεμάτων.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης

Γραπτές εξετάσεις, παράδοση και παρουσίαση εργασίας (project) σχετικής με το περιεχόμενο του μαθήματος.

Γλώσσα διδασκαλίας

Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.

Tίτλος του μαθήματος	Φυσική της Μαλακής Συμπυκνωμένης Ύλης
Κωδικός αριθμός μαθήματος	ELMP11
Τύπος του μαθήματος	Επιλογής
Επίπεδο του μαθήματος	Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)
Έτος σπουδών	Πρώτο ή δεύτερο
Εξάμηνο	Δεύτερο ή τρίτο
Πιστωτικές μονάδες ECTS	6
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων	Σ. Σακκόπουλος Καθηγητής και Χρ. Τοπρακσίογλου Καθηγητής
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει ενημερωθεί θεωρητικά για τα γενικά χαρακτηριστικά των ‘μαλακών’ συμπυκνωμένων υλικών και ειδικότερα για τα πολυμερή, συμπεριλαμβανομένων και των συζυγών πολυμερών τα οποία μπορεί να εμφανίσουν αγωγιμότητα εκατοντάδων S/cm (συνήθως) και επί πλέον να χρησιμοποιηθούν σε φωτονικές διατάξεις: 1. Κορεσμένα και συζυγή πολυμερή. Πολαρόνια, διπολαρόνια, σολιτόνια και πολαρονικά εξιτόνια στα συζυγή πολυμερή. 2. Δομή, μηχανισμοί ηλεκτρικής αγωγιμότητας και γήρανση των αγωγίμων πολυμερών. 3. Σύνθεση και επεξεργασία των φωτονικών πολυμερών. 4. Ηλεκτροφωταύγεια στα συζυγή πολυμερή. 5. Φωτοεκπομποί δίοδοι συζυγών φωτονικών πολυμερών. 6. Χημική ρύθμιση του ενεργειακού χάσματος. 7. Παράγοντες που επηρεάζουν την καλή λειτουργία των φωτοεκπομπών διόδων πολυμερών – Ετεροδομές. 8. Οθόνες φωτονικών πολυμερών. καθώς και για τα κολλοειδή, τα αυτό-οργανούμενα συστήματα και τους υγρούς κρυστάλλους.
Δεξιότητες	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες: Θεωρητική κατανόηση των κύριων χαρακτηριστικών (μικροσκοπική και μεσοσκοπική δομή, μηχανικές ιδιότητες, φυσικές διεργασίες) της μαλακής συμπυκνωμένης ύλης. Εξοικείωση με την αναζήτηση και αξιολόγηση πληροφοριών από ηλεκτρονικές πηγές. Χρήση της αγγλικής γλώσσας. Θεωρητική κατανόηση των φυσικών διεργασιών που σχετίζονται με την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την ηλεκτροφωταύγεια στα συζυγή πολυμερή.
Προαπαιτήσεις	Οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν καλή γνώση της Θερμοδυναμικής, Φυσικής Στερεάς Κατάστασης καθώς και γενικές γνώσεις Στατιστικής Μηχανικής, Κβαντομηχανικής και Βασικής Χημείας.
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος	Εισαγωγή στη μαλακή συμπυκνωμένη ύλη Μηχανικές ιδιότητες των στερεών, υγρών και της ‘μαλακής’ συμπυκνωμένης ύλης (μέτρο ελαστικότητας, ιξώδης και ελαστική συμπεριφορά, ιξωδοελαστικότητα) και η σχέση τους προς τα διαμοριακά δυναμικά. Ύαλώδη υλικά και υαλώδης μετάπτωση. Χρόνοι χαλάρωσης σε υγρά που σχηματίζουν υάλους. Πολυμερή Εισαγωγή στα πολυμερή. Χημική δομή και μοριακή αρχιτεκτονική των πολυμερών. Στατιστική τυχαίου περιπάτου και διαστάσεις πολυμερικής αλυσίδας. Αποκλειστέος όγκος. Εντροπία πολυμερικής αλυσίδας και εισαγωγή στην ελαστοελαστικότητα. Ποιότητα διαλύτη σε πολυμερικά διαλύματα. Θεωρία Flory-Huggins. Πολυμερικά τήγματα. Θεωρία ερπησμού. Προσρόφηση πολυμερών Αγώγιμα πολυμερή 1. Κορεσμένα και συζυγή πολυμερή. Πολαρόνια, διπολαρόνια, πολαρονικά εξιτόνια και σολιτόνια στα συζυγή πολυμερή. 2. Δομή, μηχανισμοί ηλεκτρικής αγωγιμότητας και γήρανση των αγωγίμων πολυμερών. 3. Σύνθεση και μορφοποίηση των φωτονικών πολυμερών. 4. Ηλεκτροφωταύγεια στα συζυγή πολυμερή. 5. Φωτοεκπομποί δίοδοι συζυγών φωτονικών πολυμερών. 6. Χημική ρύθμιση του ενεργειακού χάσματος. 7. Παράγοντες που επηρεάζουν την καλή λειτουργία των φωτοεκπομπών διόδων πολυμερών – Ετεροδομές. 8. Οθόνες φωτονικών πολυμερών. Κολλοειδή Θεωρία DLVO και σταθερότητα κολλοειδών. Σταθεροποίηση κολλοειδών σωματιδίων με χρήση προσροφημένων πολυμερικών αλυσίδων. Αμφιπολικά μόρια και αυτό-οργάνωση Μεταπτώσεις φάσεων. Η ελεύθερη ενέργεια ανάμειξης. Διαγράμματα φάσεως. Διαχωρισμός spinodal. Πολύπλοκες φάσεις σε διαλύματα αμφίφιλων μορίων και ο ρόλος της διεπιφανειακής καμπυλότητας. Μικρογαλακτώματα. Περιοδικές δομές σε αμφίφιλα συστήματα. Υγροί κρύσταλλοι Εισαγωγή στις υγροκρυσταλλικές φάσεις. Η μετάπτωση νηματικού-ισοτροπικού.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη	1.‘ Soft Condensed Matter’ R.A.L. Jones, Oxford University Press, Oxford (2002). 2. ‘Intermolecular and Surface Forces’ J.N. Israelachvili, Academic Press, London (1992). 3. ‘Polymer Physics’ M. Rubinstein and R.H. Colby Oxford University Press Oxford (2006). 4. “Handbook of Polymers in Electronics” Bansi D. Malhotra (Ed.) Rapra Techn. Ltd., Shawbury, UK (2002). 5. “Conjugated Polymers” (Theory, Synthesis, Properties and Characterization) Eds T.A. Skotheim and J.R. Reynolds, CRC Press, USA (2007). 6. “Conjugated Polymers” (Processing and Applications) Eds T.A. Skotheim and J.R. Reynolds, CRC Press, USA (2007).
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι	Παρακολούθηση διαλέξεων και παρουσίαση σχετικών θεμάτων.
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης	Γραπτές εξετάσεις, παράδοση και παρουσίαση εργασίας (project) σχετικής με το περιεχόμενο του μαθήματος.
Γλώσσα διδασκαλίας	Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.