Ενεργειακά Υλικά και Τεχνολογίες Υδρογόνου

Tίτλος του μαθήματος

Ενεργειακά Υλικά και Τεχνολογίες Υδρογόνου

Κωδικός αριθμός μαθήματος

ΕLΕΝ12

Τύπος του μαθήματος

Επιλογής

Επίπεδο του μαθήματος

Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)

Έτος σπουδών

Πρώτο

Εξάμηνο

Πρώτο

Πιστωτικές μονάδες ECTS

6

Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων

Π. Γιαννούλης, Καθηγητής
Γ. Λευθεριώτης, Επ. Καθηγητής

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να

1. Παρουσιάζει τις μεθόδους για την παρασκευή υλικών και διατάξεων για ενεργειακές εφαρμογές.

2. Γνωρίζει τις μεθόδους χαρακτηρισμού των υλικών αυτών και να χρησιμοποιεί τις διαθέσιμες τεχνικές για λήψη οπτικών και ηλεκτροχημικών μετρήσεων.

3. Εφαρμόζει τη θεωρία χαρακτηριστικού πίνακα για τη σχεδίαση οπτικών φίλτρων με φασματική επιλεκτικότητα.

4. Γνωρίζει τις μεθόδους σχεδιασμού και υπολογισμού των συστημάτων κενού και να χρησιμοποιεί τις διαθέσιμες τεχνικές για την παρασκευή λεπτών υμενίων.

Δεξιότητες

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

Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των εννοιών, αρχών, θεωριών και πειραματικών τεχνικών που σχετίζονται με την ανάπτυξη και το χαρακτηρισμό υλικών για ενεργειακές εφαρμογές.

Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων μη οικείας φύσης.

Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων.

Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη.

Προαπαιτήσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν ικανοποιητική γνώση ηλεκτρομαγνητισμού, οπτικής, φυσικής στερεάς κατάστασης καθώς και βασικές γνώσεις ανόργανης χημείας

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος

Εισαγωγή στα ενεργειακά υλικά. Συνοπτική περιγραφή των υλικών, διατάξεων και εφαρμογών.

Ανάπτυξη του θεωρητικού υπόβαθρου. Α) Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης. Διαπερατότητα, ανακλαστικότητα, απορροφητικότητα, αφετική ικανότητα, φασματικοί μέσοι όροι. Β) Σχεδίαση οπτικών φίλτρων με τη μέθοδο χαρακτηριστικού πίνακα. Γ) Διηλεκτρικά Lorenz, θεωρία Drude για μέταλλα, νόμος Hagen Rubens. Θεωρία ενεργού μέσου, νόμος Maxwell Garnett

Μέθοδοι παρασκευής των ενεργειακών υλικών. Απόθεση υμενίων σε διατάξεις υψηλού κενού. Thermal deposition, Electron Beam Gun, Sputtering, Ion assisted Deposition, Chemical vapor Deposition και λοιπές μέθοδοι Ηλεκτροχημική απόθεση και χρήση των σχετικών συσκευών.

Μέθοδοι χαρακτηρισμού των ενεργειακών υλικών. Φασματοσκοπία διαπερατότητας, ανακλαστικότητας, AC μέθοδοι. Χρήση σφαίρας ολοκλήρωσης, μέθοδος FTIR και εφαρμογές. Ελλειψομετρία. Συντεταγμένες χρώματος. Ηλεκτροχημικές τεχνικές (κυκλική βολταμμετρία και GITT). Μέτρηση αφετικής ικανότητας. Επιστρώσεις χαμηλής αφετικής ικανότητας (low-e coatings). Ημιαγωγοί με προσμίξεις (In2O3:Sn, SnO2:F, κλπ). Επάλληλα στρώματα Διηλεκτρικού/Μετάλλου/Διηλεκτρικού. Εφαρμογές.

Επιλεκτικοί απορροφητές. Συνδυασμοί υλικών και ιδιότητες. Ηλεκτροχρωμικές –φωτοηλεκτροχρωμικές συσκευές. Παρουσίαση των υλικών και των ιδιοτήτων τους. s Λειτουργία-απόδοση των συσκευών.

Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη

O.S. Heavens: Optical Properties of Thin Solid Films.

H. A. Macleod: Thin Film Optical Filters. 1986, Institute of Physics Publishing.

G. M. Gordon (ed): Solar Energy. The State of the Art. ISES Position Papers, 2001, James X James Publishers.

P. Somani (ed): Chromic Materials, Phenomena and their Technological Applications, 2010 Applied Science Innovations Ltd

M. Born and E. Wolf: Principles of Optics. 1999, Cambridge University Press.

T. J. Coutts (ed): Active and Passive Thin Film Devices. 1978, Academic Press.

S. Dushman and J. M. Lafferty (ed): Scientific foundations of vacuum technique. 1966, John Wiley & Sons.

J. Larminie and A. Dicks: Fuel Cell Systems Explained. 2003, John Wiley & Sons.

Δ. Ζευγώλης: Εφαρμοσμένη Οπτική. 2007, Εκδόσεις Τζιόλα.

Γ. Ασημέλλης: Μαθήματα Οπτικής. 2006, Εκδόσεις Ανίκουλα.

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Παραδόσεις με χρήση διαφανειών, παρουσιάσεις με power point, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση προβλημάτων από τους φοιτητές.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης

1) Παράδοση εργασιών επίλυσης προβλημάτων από τους φοιτητές (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνο όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5)
2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)

Γλώσσα διδασκαλίας

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

Tίτλος του μαθήματος	Ενεργειακά Υλικά και Τεχνολογίες Υδρογόνου
Κωδικός αριθμός μαθήματος	ΕLΕΝ12
Τύπος του μαθήματος	Επιλογής
Επίπεδο του μαθήματος	Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)
Έτος σπουδών	Πρώτο
Εξάμηνο	Πρώτο
Πιστωτικές μονάδες ECTS	6
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων	Π. Γιαννούλης, Καθηγητής Γ. Λευθεριώτης, Επ. Καθηγητής
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να 1. Παρουσιάζει τις μεθόδους για την παρασκευή υλικών και διατάξεων για ενεργειακές εφαρμογές. 2. Γνωρίζει τις μεθόδους χαρακτηρισμού των υλικών αυτών και να χρησιμοποιεί τις διαθέσιμες τεχνικές για λήψη οπτικών και ηλεκτροχημικών μετρήσεων. 3. Εφαρμόζει τη θεωρία χαρακτηριστικού πίνακα για τη σχεδίαση οπτικών φίλτρων με φασματική επιλεκτικότητα. 4. Γνωρίζει τις μεθόδους σχεδιασμού και υπολογισμού των συστημάτων κενού και να χρησιμοποιεί τις διαθέσιμες τεχνικές για την παρασκευή λεπτών υμενίων.
Δεξιότητες	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες: Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των εννοιών, αρχών, θεωριών και πειραματικών τεχνικών που σχετίζονται με την ανάπτυξη και το χαρακτηρισμό υλικών για ενεργειακές εφαρμογές. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων μη οικείας φύσης. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη.
Προαπαιτήσεις	Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν ικανοποιητική γνώση ηλεκτρομαγνητισμού, οπτικής, φυσικής στερεάς κατάστασης καθώς και βασικές γνώσεις ανόργανης χημείας
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος	Εισαγωγή στα ενεργειακά υλικά. Συνοπτική περιγραφή των υλικών, διατάξεων και εφαρμογών. Ανάπτυξη του θεωρητικού υπόβαθρου. Α) Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης. Διαπερατότητα, ανακλαστικότητα, απορροφητικότητα, αφετική ικανότητα, φασματικοί μέσοι όροι. Β) Σχεδίαση οπτικών φίλτρων με τη μέθοδο χαρακτηριστικού πίνακα. Γ) Διηλεκτρικά Lorenz, θεωρία Drude για μέταλλα, νόμος Hagen Rubens. Θεωρία ενεργού μέσου, νόμος Maxwell Garnett Μέθοδοι παρασκευής των ενεργειακών υλικών. Απόθεση υμενίων σε διατάξεις υψηλού κενού. Thermal deposition, Electron Beam Gun, Sputtering, Ion assisted Deposition, Chemical vapor Deposition και λοιπές μέθοδοι Ηλεκτροχημική απόθεση και χρήση των σχετικών συσκευών. Μέθοδοι χαρακτηρισμού των ενεργειακών υλικών. Φασματοσκοπία διαπερατότητας, ανακλαστικότητας, AC μέθοδοι. Χρήση σφαίρας ολοκλήρωσης, μέθοδος FTIR και εφαρμογές. Ελλειψομετρία. Συντεταγμένες χρώματος. Ηλεκτροχημικές τεχνικές (κυκλική βολταμμετρία και GITT). Μέτρηση αφετικής ικανότητας. Επιστρώσεις χαμηλής αφετικής ικανότητας (low-e coatings). Ημιαγωγοί με προσμίξεις (In2O3:Sn, SnO2:F, κλπ). Επάλληλα στρώματα Διηλεκτρικού/Μετάλλου/Διηλεκτρικού. Εφαρμογές. Επιλεκτικοί απορροφητές. Συνδυασμοί υλικών και ιδιότητες. Ηλεκτροχρωμικές –φωτοηλεκτροχρωμικές συσκευές. Παρουσίαση των υλικών και των ιδιοτήτων τους. s Λειτουργία-απόδοση των συσκευών.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη	O.S. Heavens: Optical Properties of Thin Solid Films. H. A. Macleod: Thin Film Optical Filters. 1986, Institute of Physics Publishing. G. M. Gordon (ed): Solar Energy. The State of the Art. ISES Position Papers, 2001, James X James Publishers. P. Somani (ed): Chromic Materials, Phenomena and their Technological Applications, 2010 Applied Science Innovations Ltd M. Born and E. Wolf: Principles of Optics. 1999, Cambridge University Press. T. J. Coutts (ed): Active and Passive Thin Film Devices. 1978, Academic Press. S. Dushman and J. M. Lafferty (ed): Scientific foundations of vacuum technique. 1966, John Wiley & Sons. J. Larminie and A. Dicks: Fuel Cell Systems Explained. 2003, John Wiley & Sons. Δ. Ζευγώλης: Εφαρμοσμένη Οπτική. 2007, Εκδόσεις Τζιόλα. Γ. Ασημέλλης: Μαθήματα Οπτικής. 2006, Εκδόσεις Ανίκουλα.
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι	Παραδόσεις με χρήση διαφανειών, παρουσιάσεις με power point, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση προβλημάτων από τους φοιτητές.
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης	1) Παράδοση εργασιών επίλυσης προβλημάτων από τους φοιτητές (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνο όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5) 2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)
Γλώσσα διδασκαλίας	Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.