Anyagtudományi szeminárium 2014

2013/14/2 félév, hétfőnként 4 órakor a 407-es teremben, kivéve a 7. előadás (szerda)

Bagyinszki Gyula: Fémek I-II
Juvancz Zoltán: Kiralitás
Szente Lajos: A ciklodextrinek szerkezete és alkalmazási lehetőségei I-II
Serényi Miklós: Amorf vékonyrétegek előállítása; alkalmazásuk az optoelektronikában
Horváth Zsolt József: Félvezetők és a digitális világ: anyagtudományi vonatkozások
Telegdi Judit: Mikro- és nanorétegek készítése és jellemzése
Kiss Éva: Nanoszerkezetű gyógyszerhordozó rendszerek
Takács Erzsébet: A nagyenergiájú sugárzás gyakorlati alkalmazásai az anyagtudomány területén
Pekker Sándor: Konjugált kötésű polimerek és szén-nanoszerkezetek – Fullerének I-II
Keszler Anna: Kerámiák

Részletes program

1. Bagyinszki Gyula: Fémek I-II

rendszerező bevezetés, technikatörténeti háttér
szerkezet – tulajdonságok – technológia összefüggései
fémek és fémötvözetek
fémes anyagszerkezet befolyásolásának technológiai lehetőségei
fémek anyagtulajdonságai, méretezési, anyagkiválasztási jellemzői
fémek megmunkálhatósága, technológiai alkalmassága
fémek károsodásállósága, üzemeltetési jellemzői
fémek alkalmazásai

2. Juvancz Zoltán: Kiralitás

Az anyagok szerkezetének szimmetriája lényegesen befolyásolja tulajdonságaikat. Egy objektumot (molekulát, tárgyat) akkor nevezünk királisnak, ha az aszimmetrikus, azaz nincs belső szimmetria tengelye. A természetben előforduló vegyületek túlnyomó része királis molekula. Az aszimmetrikus molekulát és tükörképi párját enantiomer pároknak nevezzük. Az enantiomer párok rendkívül hasonló szerkezetük ellenére egymástól radikálisan eltérő kémiai és biológiai hatással rendelkezhetnek Az eltérő biológiai hatás miatt a mai gyógyszeripar megköveteli azt, hogy a készítményekben csak az enantiomer párok egyik tagja lehet. Az előadás ismerteti a kiralitás jelenségét, fajtáit, biológiai következményeit és az analízisük problémáját.

3. Szente Lajos: A ciklodextrinek szerkezete és alkalmazási lehetőségei I-II

A ciklodextrinek (CD) keményítőből enzimes átalakítással képződő, főleg 6, 7, vagy 8 glükóz egységből álló, kónikus henger alakú molekulák, amelyekben a glukóz egységek α 1,4 – glikozidos kötéssel kapcsolódnak. Azon kevés ipari nyersanyagok közé tartoznak, melyek a pertolkémiától függetlenek, forrásuk – a keményítő – a növényi fotoszintézis következtében folyamatosan újratermelődő poliszacharid. A ciklodextrin molekulák különleges sajátossága, hogy hossztengelyük mentén mindkét végén nyitott üreggel rendelkeznek.
Ezek az üregek olyan méretűek, melyekbe mind alifás molekulák, mind egy, két, három vagy még több aromás gyűrűből álló szerkezetek részben vagy egészben beleférnek. A ciklodextrin molekula egy amfifil jellegű, belseje apoláris, míg a külseje poláris sajátságú.
A gyűrűs cukormolekula képes magába zárni számos, víznél apolárisabb, geometriailag az adott üregben jól illeszkedő méretű molekulákat, melyek lehetnek gyógyszer-hatóanyagok, élelmiszer aromák, színezékek, növény védőszerek vagy illatanyagok stb. Az ekkor képződő nem-kovalens zárványkomplexekben a bezárt ún. vendégmolekulák, a körülményektől függő mértékben és ideig tartózkodnaak, ott „védelem alatt” állnak.
A ciklodextrinekkel megvalósítható molekuláris kapszulázás gyakorlati jelentősége hatóanyagok új szilárd formáinak előállításában, a stabilitásuk fokozódásában, vízoldékonyságuk növelésében jelenik meg. Ma már 45 gyógyszer és több száz élelmiszer-, kozmetikai termék van a piacon, melyekben ciklodextrinek találhatók.
A ciklodextrinek kémiai módosításával és polimerizációjával további különleges, iparilag jól hasznosítható termékeket állítanak elő. Ezen kémiai ciklodextrinszármazékok és ciklodextrin polimerek sajátságait és alkalmazását konkrét példákon szemlélteti az előadás.
Röviden szó lesz egyes ciklodextrinek nemrég felismert különleges sajátságáról, a nanoméretű üregek/gyűrűk önmagukban történő terápiás és diagnosztikai alkalmazásáról is.

4. Serényi Miklós: Amorf vékonyrétegek előállítása; alkalmazásuk az optoelektronikában

Az elektronikai technológiában különböző vékonyrétegek előállítására a plazmakisülés ionizált gázmolekuláinak elektródákat porlasztó hatását közvetve hasznosítják. Az olcsó, és nem utolsósorban környezetbarát katódporlasztás segítségével az optoelektronikában használatos anyagok egész sora állítható elő. Az előadás célja a katódporlasztásban rejlő lehetőségek ismertetése. A rétegek leválasztására használt technika bemutatása után az mondanivalómat a technológia szerint csoportosítottam; külön tárgyalom azokat az anyagokat, melyeket egy targetből egy gáz, illetve gázkeverékkel lehet porlasztani (SiN, SiON, a-Si). Ezt követően a két targetből előállítható SiGe rétegek és Si/Ge rétegrendszerekben lejátszódó atomi folyamatokat szemléltetem.

5. Horváth Zsolt József: Félvezetők és a digitális világ: anyagtudományi vonatkozások

Az előadásban röviden áttekintjük a félvezető anyagok és az alapvető félvezető eszközök anyagtudományi vonatkozásait: az elektromos tulajdonságok és az eszközök működésének fizikai alapjait, az adalékolás és a felépítés szerepét és a meghatározó technológiai lépéseket. Az előadás második részében betekintünk a digitális technika alapjaiba valamint a CMOS logikai áramkörök működése és a félvezető csúcstechnológia közötti kapcsolatba.

6. Telegdi Judit: Mikro- és nanorétegek készítése és jellemzése

Langmuir-Blodgett filmek
Langmuir rétegek előállítása víz-levegő határfelületen:

amfifil molekulákból
részecskékből

Langmuir rétegek jellemzése: izotermával, Brewster mikroszkóppal
Langmuir-Blodgett rétegek előállítása: Langmuir filmek átvitele szilárd hordozóra

Langmuir-Blodgett mono- és multimolekuláris rétegek jellemzése:
- a nedvesedés változásának követése kontaktszög méréssel;
- a felszín morfológiai változásának jellemzése atomi erőmikroszkóppal
- a molekulák rendezettségének vizsgálata összegfrekvencia keltési spektroszkópiával és infravörös spektroszkópiával

Önszerveződött molekuláris rétegek
Önszerveződésre alkalmas molekulák
Az önszerveződés mechanizmusa, a molekulák rendeződése
A kialakult molekuláris filmek jellemzése:

a nedvesedés változásának követése kontaktszög méréssel;
a felszín morfológiai változásának jellemzése atomi erőmikroszkóppal
a molekulák rendezettségének vizsgálata összegfrekvencia keltési spektroszkópiával és infravörös spektroszkópiával

7. Kiss Éva: Nanoszerkezetű gyógyszerhordozó rendszerek

A korszerű gyógyszerhordozó rendszerek fontos csoportját alkotják azok, amelyek nanométeres mérettartományba eső, fém, kerámia, polimer vagy biopolimer anyagú részecskékből állnak. A beléjük zárt, vagy a felületükön rögzített hatóanyag molekulák biológiai hasznosulása lényegesen nagyobb, mint a hagyományos formulákban, mivel nagy a diszperzitásfok, és segítségükkel a hatóanyag célbajuttatása is megvalósítható. Megvizsgáljuk, melyek azok a követelmények a gyógyszerhordozó nanorészecskék fizikai-kémiai, kolloidikai, biokompatibilitási tulajdonságait illetően, amelyek szükségesek, hogy a kedvező terápiás hatást elérhessük.

8. Takács Erzsébet: A nagyenergiájú sugárzás gyakorlati alkalmazásai az anyagtudomány területén

A sugárzásos feldolgozás területén alkalmazott sugárforrások.
Az ionizáló sugárzáson alapuló technológiák során a sugárzás hatására fizikai, kémiai, vagy biológiai változások következnek be. Mindhárom hatáson alapulnak technológiák, gyakorlati alkalmazások. Ezekre az alkalmazásokra mutat be példát az előadás.
A polimerek sugárzásos módosítása: térhálósítás, felületkezelés, degradáció, hidrogélek.
A cellulóz sugárzásos módosítása: aktiválás, degradáció, ojtás.

9. Pekker Sándor: Konjugált kötésű polimerek és szén-nanoszerkezetek – Fullerének I-II.

2. előadás >>>

A konjugált kötésű szénszármazékok az allil kationtól a grafénig számos olyan vegyületet, valamint anyagcsaládot tartalmznak, melyek a szerves kémia és az anyagtudomány területén egyaránt kiemelt jelentőséggel bírnak. Értékes vegyipari alapanyagok mellett különleges optikai és elektromos tulajdonságú kristályokat és fémes polimereket is találhatunk közöttük. Ebbe a tágas családba tartoznak a szén molekuláris módosulatai, a fullerének és a szén nanocsövek, melyek 1990-ben történt előállításuk óta mindvégig a kémiai és fizikai anyagtudomány legintenzívebben vizsgált anyagai közé tartoznak. Az előadás bevezető részében röviden megismerkedünk a szén kötéstípusaival, összefoglaljuk a fontosabb konjugált kötésű polimereket és szénszerkezeteket, majd a grafénből leszármaztatva meghatározzuk a molekuláris szénmódosulatok, azaz a fullerének és a szén nanocsövek általános szerkezeti jellemzőit. Ezt követően részletesen áttekintjük a legismertebb fullerén, a C60 molekula- és elektronszerkezetét, majd ennek ismeretében tárgyaljuk a fullerének kémiájának és fizikájának néhány fontosabb fejezetét. A gyengén konjugált -kötésrendszer és az alacsony energiájú betöltetlen molekulapályák képezik az addíciós és a redox reakciók alapját, melyek eredményeképp eddig több mint tízezer kémiailag módosított fullerén-származékot sikerült előállítani, köztük különleges optikai tulajdonságú anyagokat és szupravezetőket is. Az anyagcsalád további érdekessége a sajátos szupramolekuláris viselkedésből adódik. A nagy méretű, gömbhéjszerű fullerén molekulák a kristályrácsban szabadon forognak, ami elősegíti a szilárd fázisú topokémiai reakciókat. Ezek közül legjelentősebbek a szomszédos fullerének között lezajló polimerizációs reakciók. A képződött polimerek között lineárisak és síkhálósok, szigetelők és fémesek, valamint kristályosak és rendezetlenek egyaránt megtalálhatók. A fullerének számos szerves molekulával képeznek kokristályokat. Egyedülálló dinamikát sikerült megfigyelni a fullerén-kubán kokristályok úgynevezett rotor-sztátor fázisaiban: ezekben a nagy szimmetriájú kristályokban a forgó fullerén molekulákat álló kubán molekulekulák választják el egymástól és molekuláris csapágyként elősegítik azok forgását. Ugyanezen anyagokban magasabb hőmérsékleten nagy termikus- és kémiai stabilitású alternáló kopolimerek képződnek. A fent vázolt témakörök bemutatásánál kiemelt hangsúlyt kapnak azok a részterületek, amelyekkel az előadó és munkatársai foglalkoztak az elmúlt, több, mint húsz év folyamán.

10. Keszler Anna: Kerámiák

A kerámiák típusai kémiai összetételük alapján: oxid-, nitrid-, karbid- és egyéb bázisú kerámiák. Funkcionális és szerkezeti kerámiák. Tömbi kerámiák, kerámia bevonatok, rétegek, filmek. Monolit és összetett (kompozit) kerámiai anyagok. A kerámiai anyagok összehasonlítása más szerkezeti anyagokkal (fémek, műanyagok). A kémiai összetétel, a mikroszerkezet és a tulajdonságok kapcsolata. Az alapanyagokkal szembeni követelmények. Kerámia alapanyagok szintézise fizikai és kémiai eljárásokkal. A szintézis hagyományos és korszerű módszerei. Alapanyagok előállítása különleges körülmények között. Az alapanyagok (szemcsés anyagok, porok, kolloid rendszerek) jellemzésének fontosabb módszerei. A tömbi és a felületi tulajdonságok szerepe. Mikro-, illetve nanoméretű szemcsékből álló kerámiai alapanyagok: előnyök és hátrányok. Tömör kerámiatestek előállítása. A formázási és hőkezelési adalékanyagok szerepe, típusai, az adalékolás célszerű módszerei. Diszperz rendszerek mechanikája, deformációs viselkedés a formázás során. Formázási és hőkezelési (zsugorítási, szinterelési) eljárások. A szinterelés anyagszerkezeti és kinetikai vonatkozásai. Szinterelés különleges körülmények között (termikus plazmában, robbantással stb.). A tömör kerámiák utómegmunkálása. Kerámia rétegek és bevonatok kialakítása (porszórás, PVD, CVD, PACVD stb.). A mikroszkopikus és a makroszkopikus szerkezet kapcsolata. Amorf és kristályos kerámiák. Mikro- és nanoszerkezetű kerámiák. A fizikai, termikus és mechanikai tulajdonságok mérése és értékelése. Kémiai és felületkémiai sajátságok meghatározása és szerepe. Elektromos jellemzők mérése. Optikai sajátságok vizsgálata. A biomkompatibilitás meghatározása. Gyártási hibalehetőségek. Megbízhatósági elemzések.