Markus Niederberger: Katalogdaten im Herbstsemester 2020 |  |
| Name | Herr Prof. Dr. Markus Niederberger |
| Lehrgebiet | Multifunktionsmaterialien |
| Adresse | Professur Multifunktionsmaterial. ETH Zürich, HCI F 509 Vladimir-Prelog-Weg 1-5/10 8093 Zürich SWITZERLAND |
| Telefon | +41 44 633 63 90 |
| markus.niederberger@mat.ethz.ch | |
| URL | https://multimat.mat.ethz.ch |
| Departement | Materialwissenschaft |
| Beziehung | Ordentlicher Professor |
| Nummer | Titel | ECTS | Umfang | Dozierende | |
|---|---|---|---|---|---|
| 327-0112-00L | Chemie I  | 4 KP | 2V + 1U | M. Niederberger, P. J. Walde, W. R. Caseri | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die Grundlagen, Begriffe und Konzepte der allgemeinen Chemie, deren Anwendung auf materialwissenschaftliche Fragestellungen und deren Verknüpfung mit Praktikumsversuchen und Projekten. | ||||
| Lernziel | 1) Die Studierenden können den unterschiedlichen atomaren Aufbau von Metallen, Polymeren und Keramiken beschreiben und daraus grundlegende materialtypische Eigenschaften ableiten. 2) Die Studierenden sind vertraut mit dem Konzept des Mols und der molaren Masse und können damit stöchiometrische Rechnungen durchführen. 3) Die Studierenden können das Massenwirkungsgesetz formulieren und mit Hilfe der Gleichgewichtskonstante Aussagen zur Lage des Gleichgewichtes machen. Sie verstehen, wie ein chemisches Gleichgewicht auf Änderungen von Konzentration, Druck und Temperatur reagiert und wie man das Prinzip von Le Châtelier anwendet. 4) Die Studierenden können Oxidation und Reduktion definieren, Oxidationszahlen bestimmen, Reduktions- und Oxidationsmittel zuordnen und Redoxpotentiale berechnen. Sie können die Grundlagen der Redox-Chemie auf materialwissenschaftliche Vorgänge und Anwendungen wie Korrosion oder Batterien übertragen. 5) Sie können die Begriffe Säure und Base erklären, verstehen, was der pH-Wert bedeutet, und sie können pH-Berechnungen durchführen. Sie können die Bedeutung von Säuren und Basen an materialwissenschaftlichen Beispielen beschreiben. | ||||
| Inhalt | Wir beginnen die Vorlesung mit der Frage, was Chemie mit Materialwissenschaft zu tun hat. Danach widmen wir uns der Einteilung und Trennung von Stoffen. Im nächsten Kapitel besprechen wir den Atomaufbau und das Periodensystem. Nach der Einführung der chemischen Bindungen behandeln wir die Stöchiometrie, das Gebiet der Chemie, das sich mit den Mengen der eingesetzten und gebildeten Stoffe in chemischen Reaktionen beschäftigt. Weiter geht es mit dem Konzept des chemischen Gleichgewichts, wo wir das Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstanten, Löslichkeitsprodukt und auch Säure-Base-Gleichgewichte kennenlernen werden. Im letzten Block der Vorlesung steht die Materialwissenschaft noch einmal im Mittelpunkt, wenn wir Elektrochemie und Korrosion diskutieren. | ||||
| Skript | Vorlesungsfolien mit Hinweisen zu weiterführender Literatur sind auf Moodle verfügbar. | ||||
| Literatur | Wird noch mitgeteilt | ||||
| 327-0503-AAL | Ceramics I Belegung ist NUR erlaubt für MSc Studierende, die diese Lerneinheit als Auflagenfach verfügt haben. Alle andere Studierenden (u.a. auch Mobilitätsstudierende, Doktorierende) können diese Lerneinheit NICHT belegen. | 3 KP | 6R | M. Niederberger, T. Graule, A. R. Studart | |
| Kurzbeschreibung | Introduction to ceramic processing | ||||
| Lernziel | The aim is the understanding of the basic principles of ceramic processing. | ||||
| Inhalt | Basic chemical processes for powder production. Liquid-phase synthesis methods. Sol-Gel processes. Classical crystallization theory. Gas phase reactions. Basics of the collidal chemistry for suspension preparation and control. Characterization techniques for powders and colloids. Shaping techniques for bulk components and thin films. Sintering processes and microstructural control. | ||||
| Literatur | Books and references will be provided on the lecture notes. | ||||
| 327-0503-00L | Keramik I | 3 KP | 2V + 1U | M. Niederberger, T. Graule, A. R. Studart | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in die Methoden der Keramik Herstellung. | ||||
| Lernziel | Ziel ist die Grundlagen und Beispiele für keramische Herstellverfahren zu erarbeiten. | ||||
| Inhalt | Grundlagen der Herstellung keramischer Pulver. Nasschemische Synthesemethoden. Sol-Gel Prozesse. Klassische Kristallisationstheorie. Gasphasenprozesse. Grundlagen der Kolloidchemie zur Herstellung und Behandlung von Suspensionen. Untersuchungstechniken für Pulver und Kolloide. Formgebungsmethoden für keramische Bauteile und Schichten. Sinterprozesse und Entwicklung der Gefüge. | ||||
| Literatur | Literatur ist auf den Vorlesungsunterlagen angegeben. | ||||
| 327-1203-00L | Complex Materials I: Synthesis & Assembly | 5 KP | 4G | M. Niederberger, A. Lauria | |
| Kurzbeschreibung | Introduction to materials synthesis concepts based on the assembly of differently shaped objects of varying chemical nature and length scales | ||||
| Lernziel | The aim is a) to learn how to design and create objects as building blocks with a particular shape and a defined recognition pattern, b) to understand the chemistry that allows for the creation of such hard and soft objects within a certain size range, and c) to master the concepts to assemble these objects into hierarchically structured materials. | ||||
| Inhalt | The course is divided into two parts: I) synthesis of 0-, 1-, 2-, and 3-dimensional building blocks with a length scale from nm to µm, and II) assembly of these building blocks into 1-, 2- and 3-dimensional structures over several length scales up to cm. In part I, various methodologies for the synthesis of the building blocks will be discussed, including Turkevich and Brust-Schiffrin-method for gold nanoparticles, hot-injection for semiconducting quantum dots, aqueous and nonaqueous sol-gel chemistry for metal oxides, or gas-and liquid-phase routes to carbon nanostructures. Part II is focused on self- and directed assembly methods that can be used to create higher order architectures from those building blocks connecting the microscopic with the macroscopic world. Examples include photonic crystals, nanocrystal solids, colloidal molecules, mesocrystals or particle-based foams and aerogels. | ||||
| Literatur | References to original articles and reviews for further reading will be provided on the lecture notes. | ||||
| Voraussetzungen / Besonderes | 1) Einführung Materialwissenschaft (327-0103-00L), in particular atomic structure, chemical bonds and basics of magnetic, electronic and optical properties of materials 2) Ceramics I (327-0503-00L), in particular liquid-phase processes, sol-gel processes and interparticle interactions 3) Kristallographie (327-0104-00L), in particular structure of crystalline solids 4) Methoden der Materialcharakterisierung (327-0504-00L) 5) Basic concepts of polymer science, in particular polymer synthesis and polymer characterization | ||||