Suchergebnis: Katalogdaten im Herbstsemester 2018

Materialwissenschaft Bachelor Information
1. Semester
Grundlagenfächer Teil 1
Basisprüfung
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-0261-GULAnalysis IO8 KP5V + 3UA. Steiger
KurzbeschreibungDifferential- und Integralrechnung von Funktionen einer und mehrerer Variablen; Vektoranalysis; gewöhnliche Differentialgleichungen erster und höherer Ordnung, Differentialgleichungssysteme; Potenzreihen. In jedem Teilbereich eine grosse Anzahl von Anwendungsbeispielen aus Mechanik, Physik und anderen Lehrgebieten des Ingenieurstudiums.
LernzielEinführung in die mathematischen Grundlagen der Ingenieurwissenschaften, soweit sie die Differential- und Integralrechnung betreffen.
LiteraturU. Stammbach: Analysis I/II, Teil A, B, C und Aufgabensammlung

Die Vorlesung folgt dem Skript von Prof. U. Stammbach. Die vier Bände sind im Gesamtpaket zum Spezialpreis von CHF 75.- nur im ETH Store erhältlich und sehr zu empfehlen. Es findet kein Hörsaalverkauf statt.
Voraussetzungen / BesonderesDie Übungsaufgaben (inkl. Multiple Choice) sind ein wichtiger Bestandteil der Lehrveranstaltung. Es wird erwartet, dass Sie mindestens 75% der wöchentlichen Serien bearbeiten und zur Korrektur einreichen.
401-0151-00LLineare Algebra Information O5 KP3V + 2UV. C. Gradinaru
KurzbeschreibungInhalt: Lineare Gleichungssysteme - der Algorithmus von Gauss, Matrizen - LR-Zerlegung, Determinanten, Vektorräume, Ausgleichsrechnung - QR-Zerlegung, Lineare Abbildungen, Eigenwertproblem, Normalformen -Singulärwertzerlegung; numerische Aspekte; Einführung in MATLAB.
LernzielEinführung in die Lineare Algebra für Ingenieure unter Berücksichtigung numerischer Aspekte
SkriptK. Nipp / D. Stoffer, Lineare Algebra, vdf Hochschulverlag, 5. Auflage 2002
LiteraturK. Nipp / D. Stoffer, Lineare Algebra, vdf Hochschulverlag, 5. Auflage 2002
529-3001-02LChemie IO4 KP2V + 2UC. Padeste, P. J. Walde, W. R. Caseri
KurzbeschreibungAllgemeine Chemie I: Stöchiometrie, Atome, Moleküle, chemische Bindung und Molekülstruktur, Gase, Lösungen, chemische Gleichgewichte, Löslichkeit, Säuren und Basen, Elektrochemie, Thermodynamik, Kinetik.
LernzielErarbeiten von Grundlagen zur Beschreibung von Aufbau und Zusammensetzung der materiellen Welt. Einführung in chemische Reaktionen und physikalisch-chemische Prozesse. Mittels Modellvorstellungen zeigen, wie makroskopische Phänomene anhand atomarer und molekularer Eigenschaften verstanden werden können.
Inhalt1) Atome, Moleküle und das Periodensystem der Elemente
2) Stöchiometrie: Mol, chemische Gleichungen, Elementaranalysen
3) Reaktionen in Wasser und Stöchiometrie in Lösungen
4) Thermochemie: Energieformen, Reaktionsenergie und -Enthalpie, thermochemische Gleichungen, Satz von Hess
5) Gase: Gasgesetze, Reaktionen und Stöchiometrie in der Gasphase, kinetische Gastheorie.
6) Atombau und Bindungsmodelle: ionische, kovalente und metallische Bindung, Lewis Formeln, Resonanzstrukturformeln, Elektronegativität, polare Bindungen, VSEPR-Modell.
7) Flüssigkeiten, Feststoffe, Phasenübergänge
8) Lösungen: Lösungsvorgänge, kolligative Eigenschaften
9) Kinetik: Reaktionsgeschwindigkeit, Temperaturabhängigkeit, Reaktionsordnung und Geschwindigkeitsgesetze, Kollisionstheorie, Katalyse
10) Chemische Gleichgewichte: Gleichgewichtskonstanten, Aktivität und Konzentration, Prinzip von Le Chatelier
11) Säure-Base-Gleichgewichte: Säure-Base-Konzepte, Autoprotolyse des Wassers, pH-Berechnungen, Puffersysteme, Titrationen
12) Löslichkeitsgleichgewichte, Fällungsreaktionen
13) Thermodynamik: Die drei Hauptsätze der Thermodynamik, freie Enthalpie und Gleichgewicht
14) Komplexe: Komplexbildungsgleichgewichte, räumliche Anordnung, Isomerie.
15) Redoxreaktionen und Elektrochemie: Faraday-Gesetze, Elektrodenpotentiale, Nernst-Gleichung
SkriptFolienskript wird jeweils vor den Vorlesungsstunden als PDF versandt.
LiteraturPeter W. Atkins, Loretta Jones. Chemie - einfach alles, 2. Auflage, Wiley-VCH (2006) Weinheim, ISBN 978-3-527-31579-6
Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, Johannes Beck. Chemie; Das Basiswissen der Chemie. 12., Auflage; Thieme (2015); ISBN 978-3-13-484312-5.
327-0103-00LEinführung in die MaterialwissenschaftO3 KP3GM. Niederberger, L. Heyderman, N. Spencer, P. Uggowitzer
KurzbeschreibungGrundlegende Kenntnisse und Verständnis der atomistischen und makroskopischen Konzepte der Materialwissenschaft.
LernzielBasiswissen und Verständnis der atomistischen und makroskopischen Konzepte in der Materialwissenschaft.
InhaltInhalt:
Atomaufbau
Atombindung
Kristalline Struktur
Kristalldefekte
Thermodynamik und Phasendiagramme
Diffusion und Diffusionskontrollierte Prozesse
Mechanisches Verhalten
Elektrische, optische und magnetische Eigenschaften
Oberflächen
Alterung und Werkstoffversagen
LiteraturJames F. Shackelford
Introduction to Materials Science for Engineers
5th Ed., Prentice Hall, New Jersey, 2000
327-0104-00LKristallographieO3 KP2V + 1UT. Lottermoser
KurzbeschreibungEinführung in die grundlegenden Beziehungen zwischen chemischer Zusammensetzung, Kristallstruktur, Symmetrie und physikalischen Eigenschaften von Festkörpern.
LernzielVermittlung grundlegender Beziehungen zwischen chemischer Zusammensetzung, Kristallstruktur, Symmetrie und physikalischen Eigenschaften von Festkörpern. Schwerpunkte:gruppentheoretische Einführung in die Symmetrie, strukturbestimmender Faktoren, einfache Kristallstrukturen, Strukturabhängigkeit physikalischer Eigenschaften, Grundlagen der experimenteller Untersuchungen der Kristallstruktur.
InhaltSymmetrie und Ordnung: Gitter, Punktgruppen, Raumgruppen.

Kristallchemie: geometrische und physikalisch-chemische strukturbestimmende Faktoren; dichte Kugelpackungen; typische einfache Kristallstrukturen; Gitterenergie; magnetische Kristalle; Quasikristalle.

Beziehungen zwischen Kristallstruktur und physikalischen Eigenschaften: Beispiel Quarz (piezoelektrischer Effekt); Perowskit und Derivatstrukturen (Ferroelektrika, Hochtemperatursupraleiter); Magnetische Materialien.

Materialcharakterisierung: Beugungsmethoden, optische Methoden.
SkriptEin Skript zur Vorlesung bis 2014 ist vorhanden. Skriptnotizen für die derzeitige Vorlesung werden vor Vorlesungsbeginn zur Verfügung gestellt.
LiteraturWalter Borchardt-Ott: Kristallographie. Springer 2002.
Dieter Schwarzenbach: Kristallographie. Springer 2001.
Voraussetzungen / BesonderesOrganisation: Zweistündige Vorlesungsmodule begleitet von einstündigen praktischen Übungen.
Weitere Grundlagenfächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
327-0105-00LWissenschaftliches Arbeiten Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O2 KP2GS. Morgenthaler Kobas, M. B. Willeke
KurzbeschreibungDie Studierenden erhalten einen ersten Einblick in die Welt der Materialforschung und werden in die wissenschaftliche Methodik, wie sie in der materialwissenschaftlichen Forschung und Industrie angewandt wird, eingeführt. Sie üben, wie man wissenschaftliche Informationen und Daten sammelt, analysiert und darstellt, und diese in schriftlicher und mündlicher Form präsentiert.
LernzielLernziele:
Die Studierenden
- wissen, wie man ein Laborjournal vollständig und fachgerecht führt.
- können Daten gezielt auswerten und darstellen.
- können Laborberichte fachgerecht schreiben.
- kennen die für den Erfolg einer mündlichen Präsentation entscheidenden kommunikativen und rhetorischen Faktoren.
- können eigene wirkungsvolle Präsentationen herstellen.
InhaltLaborjournal führen
Datenauswertung
Berichte schreiben
Präsentationstechnik
Prüfungsvorbereitung
SkriptHandouts werden laufend abgegeben.
Voraussetzungen / BesonderesKoordiniert mit der Lehrveranstaltung "Praktikum I & II".
327-0111-00LPraktikum I Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O6 KP6PM. B. Willeke, M. R. Dusseiller, S. Morgenthaler Kobas, P. J. Walde
KurzbeschreibungPraktische Einführung in die Begriffe und Grundlagen der Materialwissenschaften und Chemie. Kennenlernen wichtiger chemischer und physikalischer Methoden und die Grundlagen der Laborsicherheit
LernzielPraktische Einführung in die Begriffe und Grundlagen der Materialwissenschaften und Chemie. Kennenlernen wichtiger chemischer und physikalischer Methoden. Enge Zusammenarbeit mit Vorlesung "Wissenschaftliches Arbeiten" (Versuchsplanung, Berichte schreiben, Vortragstechnik). Allgemeine Einführung zu Beginn des Praktikums I zu Sicherheit und Verhalten im Labor.
InhaltInhalt: Experimente aus den Gebieten der synthetischen und analytischen Chemie, Bruchmechanik, mechanische/thermische Eigenschaften (z.B. E-Modul), Thermodynamik, Kolloid Chemie, "Teilchenverfolgung" (mit DLS und Mikroskopie), Oberflächentechnik, "Holz, Stein und Metall"-Bearbeitung, Thermodynamik, Nanotechnik sowie Korrosion und Galvanik, zwei Computerexperimente und weitere
SkriptAnleitungen und weitere Informationen zu den einzelnen Versuchen (Zielsetzung, Theorie, experimentelles Vorgehen, Hinweise zur Auswertung) sind über die Praktikumswebseite (Link ; Link) erhältlich.
3. Semester
Grundlagenfächer Teil 2
Prüfungsblock 1
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
529-0051-00LAnalytische Chemie IO3 KP3GD. Günther, M.‑O. Ebert, G. Schwarz, R. Zenobi
KurzbeschreibungVorstellung der wichtigsten spektroskopischen Methoden und ihre Anwendung in der Praxis der Strukturaufklärung.
LernzielKenntnis der notwendigen theoretischen Grundlagen und der Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz von relevanten spektroskopischen Methoden in der analytisch-chemischen Praxis.
InhaltAnwendungsorientierte Grundlagen der organischen und anorganischen Instrumentalanalytik und des empirischen Einsatzes von Methoden der Strukturaufklärung:
Massenspektrometrie: Ionisationsmethoden, Massentrennung, Aufnahmetechnik. Interpretation von Massenspektren: Isotopensignale, Fragmentierungsregeln, Umlagerungen.
NMR-Spektroskopie: Experimentelle Grundlagen, Chemische Verschiebung, Spin-Spin-Kopplung.
IR-Spektroskopie: Rekapitulation der Themen Harmonischer Oszillator, Normalschwingungen, gekoppelte Schwingungssysteme (Anknüpfen an Grundlagen aus der entsprechenden Vorlesung in physikalischer Chemie); Probenvorbereitung, Aufnahmetechnik, Lambert-Beer'sches Gesetz; Interpretation von IR-Spektren; Raman-Spektroskopie.
UV/VIS-Spektroskopie: Grundlagen, Interpretation von Elektronenspektren. Circulardichroismus (CD) und optische Rotations-Dispersion (ORD).
Atomabsorptions-, Emissions-, Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie: Grundlagen, Probenvorbereitung.
SkriptEin Skript wird zum Selbstkostenpreis abgegeben.
Literatur- R. Kellner, J.-M. Mermet, M. Otto, H. M. Widmer (Eds.) Analytical Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 1998;
- D. A. Skoog und J. J. Leary, Instrumentelle Analytik, Springer, Heidelberg, 1996;
- M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh, Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, 5. überarbeitete Auflage, Thieme, Stuttgart, 1995
- E. Pretsch, P. Bühlmann, C. Affolter, M. Badertscher, Spektroskopische Daten zur Strukturaufklärung organischer verbindungen, 4. Auflage, Springer, Berlin/Heidelberg, 2001-
Kläntschi N., Lienemann P., Richner P., Vonmont H: Elementanalytik. Instrumenteller Nachweis und Bestimmung von Elementen und deren Verbindungen. Spektrum Analytik, 1996, Hardcover, 339 S., ISBN 3-86025-134-1.
Voraussetzungen / BesonderesÜbungen sind in die Vorlesung integriert. Zusätzlich wird die Veranstaltung 529-0289-00 "Instrumentalanalyse organischer Verbindungen" (4. Semester) empfohlen.
327-0309-00LOrganische Chemie in der MaterialwissenschaftO2 KP1GW. R. Caseri, P. J. Walde
KurzbeschreibungDie Vorlesung dient der Vertiefung der Grundlagen der organischen Chemie anhand von ausgewählten Übungsbeispielen.
LernzielVertiefung der Grundlagen der organischen Chemie.
InhaltDie Lehrveranstaltung besitzt vorwiegend Uebungscharakter und dient hauptsächlich dazu, die Studierenden auf der Grundlage von Chemie II intensiv auf materialwissenschaftliche Aspekte vorzubereiten. Als Basis dienen Uebungsfragen, von denen ein Teil intensiv besprochen wird und der andere Teil dem Selbststudium dient.
402-0041-00LPhysik IIO7 KP4V + 2UY. M. Acremann, D. Pescia
KurzbeschreibungDiese Vorlesung behandelt die Grundlage der modernen Elektrotechnik, der Quantenmechanik und der Atomphysik.
LernzielZiel dieser Vorlesung ist es, die grundlegenden Experimente zu kennen sowie die dazugehörende Theorie zu verstehen und sie in einfachen Problemstellungen zur Anwendung zu bringen.
InhaltDie Vorlesung ''Physik II'' ist eine Einführung in die Grundlage der modernen Elektrotechnik, der Quantenmechanik und Atomphysik.
Inhalt:
- Einfache analoge und digitale Schaltungen
- Die Notwendigkeit der Quantenmechanik (Atome und Atomspektren, Das Atommodell von J.J. Thomson und E. Rutherford, Die Photonenhypothese von A. Einstein und das Atommodell von Bohr, Der Tunneleffekt, Die Anomalie der spezifischen Wärme und das Auftreten von Magnetismus in der Materie )
- Die Postulate der Wellenmechanik.
- Eindimensionale Probleme (Teilchen im Kasten, Der Tunneleffekt, Der QM harmonische Oszillator)
- Bewegung im Zentralfeld
- Der Drehimpulsoperator (Darstellung von Zuständen und Operatoren, Matrixdarstellung des Drehimpulsoperators, Das Stern-Gerlach Experiment: der Spin, Die Addition von Drehimpulsen in der Quantenmechanik)
- Atomphysik (Die Spin-Bahn Kopplung, Der Hamilton-Operator der Spin-Bahn Wechselwirkung, Störungsrechnung für stationäre Zustände mit diskretem Spektrum, Anwendung der Störungstheorie: die Feinstrukturaufspaltung der atomaren Energieniveaus, Ein Atom im äusseren Magnetfeld: Zeeman-Effekt, Die Hyperfeinstruktur der s-Zustände)
-Mehr-Teilchen Systeme (Das Energiespektrum des He-Atoms, Angeregte Zustände des Heliumatoms, Das Mendelejewsche Periodensystem, Spektralterme)
-Übergang in Folge einer zeitabhängigen, periodischen Störung
(Magnetische Resonanz (I. Rabi, Phys. Rev. 51, 652 (1937), Nobel Preis 1944), Verallgemeinerung der Rabi Formel auf Übergänge in Folge einer zeitabhängigen, periodischen Störung)
SkriptEin Skript wird verteilt.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Physik I.
551-0015-00LBiologie IO2 KP2VR. Glockshuber, E. Hafen
KurzbeschreibungGegenstand der Vorlesung Biologie I ist zusammen mit der Vorlesung Biologie II im folgenden Sommersemester die Einführung in die Grundlagen der Biologie für Studenten der Materialwissenschaften und andere Studenten mit Biologie als Nebenfach.
LernzielZiel der Vorlesung Biologie I ist die Vermittlung des molekularen Aufbaus der Zelle, der Grundlagen des Stoffwechsels und eines Überblicks über molekulare Genetik
InhaltDie folgenden Kapitelnummern beziehen sich auf das der Vorlesung zugrundeliegende Lehrbuch "Biology" (Campbell & Rees, 10th edition, 2015)
Kapitel 1-4 des Lehrbuchs werden als Grundwissen vorausgesetzt

1. Aufbau der Zelle

Kapitel 5: Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle
Kapitel 6: Eine Tour durch die Zelle
Kaptiel 7: Membranstruktur und-funktion
Kapitel 8: Einführung in den Stoffwechsel
Kapitel 9: Zelluläre Atmung und Speicherung chemischer Energie
Kapitel 10: Photosynthese
Kapitel 12: Der Zellzyklus
Kapitel 17: Vom Gen zum Protein

2. Allgemeine Genetik

Kapitel 13: Meiose und Reproduktionszyklen
Kapitel 14: Mendel'sche Genetik
Kapitel 15: Die chromosomale Basis der Vererbung
Kapitel 16: Die molekulare Grundlage der Vererbung
Kapitel 18: Genetik von Bakterien und Viren
Kapitel 46: Tierische Reproduktion

Grundlagen des Stoffwechsels und eines Überblicks über molekulare Genetik
SkriptDer Vorlesungsstoff ist sehr nahe am Lehrbuch gehalten, Skripte werden ggf. durch die Dozenten zur Verfügung gestellt.
LiteraturDas folgende Lehrbuch ist Grundlage für die Vorlesungen Biologie I und II:

„Biology“, Campbell and Rees, 10th Edition, 2015, Pearson/Benjamin Cummings, ISBN 978-3-8632-6725-4
Voraussetzungen / BesonderesZur Vorlesung Biologie I gibt es während der Prüfungssessionen eine einstündige, schriftliche Prüfung. Die Vorlesung Biologie II wird separat geprüft.
Prüfungsblock 2
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-0603-00LStochastik Information O4 KP2V + 1UM. H. Maathuis
KurzbeschreibungDie Vorlesung deckt folgende Themenbereiche ab: Zufallsvariablen, Wahrscheinlichkeit und Wahrscheinlichkeitsverteilungen, gemeinsame und bedingte Wahrscheinlichkeiten und Verteilungen, das Gesetz der Grossen Zahlen, der zentrale Grenzwertsatz, deskriptive Statistik, schliessende Statistik, Statistik bei normalverteilten Daten, Punktschätzungen, und Vergleich zweier Stichproben.
LernzielKenntnis der Grundlagen der Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik.
InhaltEinführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie, einige Grundbegriffe der mathematischen Statistik und Methoden der angewandten Statistik.
SkriptVorlesungsskript
LiteraturVorlesungsskript
401-0363-10LAnalysis III Information O3 KP2V + 1UA. Iozzi
KurzbeschreibungIntroduction to partial differential equations. Differential equations which are important in applications are classified and solved. Elliptic, parabolic and hyperbolic differential equations are treated. The following mathematical tools are introduced: Laplace transforms, Fourier series, separation of variables, methods of characteristics.
LernzielMathematical treatment of problems in science and engineering. To understand the properties of the different types of partial differential equations.

The first lecture is on Thursday, September 27 13-15 in HG F 7 and video transmitted into HG F 5.

The reference web-page for exercise sheets, solutions and further info is
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The web-page to enroll for an exercise class is
Link

The coordinator is Stefano D'Alesio
Link

Study Center D-MAVT: 16-18 every Monday from the 3rd week of the semester (first appointment: October the 1st)
room HG E22 Link

Study Center D-MATL: 15-17 every Wednesday from the 5th week of the semester (first appointment: October the 17th)
room HCI J 574

Ferienpräsenz:
Tuesday 15 January 2019, at 12:30-14:00, in room HG G 19.1.
Monday 21 January 2019, at 12:30-14:00, in room HG G 19.2.

Prüfungseinsicht:
Tuesday 26 February 2019, at 17:00-18:30, in room HG 19.1.
Monday 4 March 2019, at 18:15-19:45, in room HG 19.1.
InhaltLaplace Transforms:
- Laplace Transform, Inverse Laplace Transform, Linearity, s-Shifting
- Transforms of Derivatives and Integrals, ODEs
- Unit Step Function, t-Shifting
- Short Impulses, Dirac's Delta Function, Partial Fractions
- Convolution, Integral Equations
- Differentiation and Integration of Transforms

Fourier Series, Integrals and Transforms:
- Fourier Series
- Functions of Any Period p=2L
- Even and Odd Functions, Half-Range Expansions
- Forced Oscillations
- Approximation by Trigonometric Polynomials
- Fourier Integral
- Fourier Cosine and Sine Transform

Partial Differential Equations:
- Basic Concepts
- Modeling: Vibrating String, Wave Equation
- Solution by separation of variables; use of Fourier series
- D'Alembert Solution of Wave Equation, Characteristics
- Heat Equation: Solution by Fourier Series
- Heat Equation: Solutions by Fourier Integrals and Transforms
- Modeling Membrane: Two Dimensional Wave Equation
- Laplacian in Polar Coordinates: Circular Membrane, Fourier-Bessel Series
- Solution of PDEs by Laplace Transform
SkriptLecture notes by Prof. Dr. Alessandra Iozzi:
Link
LiteraturE. Kreyszig, Advanced Engineering Mathematics, John Wiley & Sons, 10. Auflage, 2011

C. R. Wylie & L. Barrett, Advanced Engineering Mathematics, McGraw-Hill, 6th ed.

S.J. Farlow, Partial Differential Equations for Scientists and Engineers, Dover Books on Mathematics, NY.

G. Felder, Partielle Differenzialgleichungen für Ingenieurinnen und Ingenieure, hypertextuelle Notizen zur Vorlesung Analysis III im WS 2002/2003.

Y. Pinchover, J. Rubinstein, An Introduction to Partial Differential Equations, Cambridge University Press, 2005

For reference/complement of the Analysis I/II courses:

Christian Blatter: Ingenieur-Analysis
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327-0308-00LProgrammiertechniken in der Materialwissenschaft Information O2 KP2GC. Ederer
KurzbeschreibungDieser Kurs gibt eine Einführung in die allgemeinen Computer- und Programmierkenntnisse, welche zur Durchführung numerischer Berechnungen und Simulationen in der Materialwissenschaft notwendig sind. Diese werden unter Verwendung der numerischen Rechenumgebung Matlab und unter Zuhilfenahme zahlreicher praktischer Beispiele und Übungen vermittelt.
LernzielNach Abschluss der Vorlesung sollen die Hörer in der Lage sein selbstständig Programme zu entwickeln, um numerische Berechnungen und Simulationen durchzuführen, und in der Lage sein bereits bestehende Programme zu analysieren und zu ergänzen.
InhaltEinführung in Matlab; Input/Output; strukturelle Programmierung unter Verwendung von Schleifen und Verzweigungen; modularer Aufbau von Programmen mit Funktionen; Flussdiagramme; numerische Genauigkeit; Anwendungsbeispiel: Random Walk.
Prüfungsblock 3
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
327-0301-00LMaterialwissenschaft IO3 KP3GJ. F. Löffler, R. Schäublin, A. R. Studart, P. Uggowitzer
KurzbeschreibungGrundlegende Konzepte der Metallphysik, Keramik, Polymere und ihre Technologie.
LernzielAufbauend auf der Vorlesung Einführung in die Materialwissenschaft soll ein vertieftes Verständnis wichtiger Aspekte der Materialwissenschaft erlangt werden, mit besonderer Betonung der metallischen und keramischen Werkstoffe.
InhaltAm Beispiel der Metalle werden Thermodynamik und Phasendiagramme, Grenzflächen und Mikrostruktur, Diffusionskontrollierte Umwandlungen in Festkörpern und diffusionslose Umwandlungen besprochen. Am Beispiel der keramischen Werkstoffe werden die Grundregeln der ionischen und kovalenten chemischen Bindung, ihre Energien, der kristalline Aufbau, Beispiele wichtiger Strukturkeramiken und der Aufbau und die Eigenschaften oxidischer Gläser und Glaskeramiken vorgestellt.
SkriptFür Metalle siehe
Link

Für Keramiken siehe:
Link
LiteraturMetalle:
D. A. Porter, K. E. Easterling
Phase Transformations in Metals and Alloys - Second Edition
ISBN : 0-7487-5741-4
Nelson Thornes

Keramiken:
- Munz, D.; Fett, T: Ceramics, Mechanical Properties, Failure Behaviour, Materials Selection,
- Askeland & Phulé: Science and Engineering of Materials, 2003
- diverse CEN ISO Standards given in the slides
- Barsoum MW: Fundamentals of Ceramics:
- Chiang, Y.M.; Dunbar, B.; Kingery, W.D; Physical Ceramics, Principles für Ceramic Science and Engineering. Wiley , 1997
- Hannik, Kelly, Muddle: Transformation Toughening in Zirconia Containing Ceramics, J Am Ceram Soc 83 [3] 461-87 (2000)
- "High-Tech Ceramics: viewpoints and perspectives", ed G. Kostorz, Academic Press, 1989. Chapter 5, 59-101.


- "Brevieral Ceramics" published by the "Verband der Keramischen Industrie e.V.", ISBN 3-924158-77-0. partly its contents may be found in the internet @ Link or on our homepage

- Silicon-Based Structural Ceramics (Ceramic Transactions), Stephen C. Danforth (Editor), Brian W. Sheldon, American Ceramic Society, 2003,

- Silicon Nitride-1, Shigeyuki Somiya (Editor), M. Mitomo (Editor), M. Yoshimura (Editor), Kluwer Academic Publishers, 1990 3. Zirconia and Zirconia Ceramics. Second Edition, Stevens, R, Magnesium Elektron Ltd., 1986, pp. 51, 1986

- Stabilization of the tetragonal structure in zirconia microcrystals, RC Garvie, The Journal of Physical Chemistry, 1978

- Phase relationships in the zirconia-yttria system, HGM Scott - Journal of Materials Science, 1975, Springer

- Thommy Ekström and Mats Nygren, SiAION Ceramics J Am Cer Soc Volume 75 Page 259 - February 1992

- "Formation of beta -Si sub 3 N sub 4 solid solutions in the system Si, Al, O, N by reaction sintering--sintering of an Si sub 3 N sub 4 , AlN, Al sub 2 O sub 3 mixture" Boskovic, L J; Gauckler, L J, La Ceramica (Florence). Vol. 33, no. N-2, pp. 18-22. 1980.

- Alumina: Processing, Properties, and Applications, Dorre, E; Hubner, H, Springer-Verlag, 1984, pp. 329, 1984 9.
Voraussetzungen / Besonderes- Im ersten Teil der Vorlesung werden die Grundlagen zu den Metallen vermittelt. Im zweiten Teil diese zu den keramischen Werkstoffen.
- Ein Teil der Vorlesung wird in Englisch gehalten.
Weitere Grundlagenfächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
327-0311-00LPraktikum III Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen O3 KP6PM. B. Willeke, C. Battaglia, A. Borgschulte, P. J. Walde
KurzbeschreibungVermittlung von Basiswissen und experimenteller Kompetenz anhand ausgewählter Beispiele aus der Chemie und Physik.
LernzielVermittlung von Basiswissen und experimenteller Kompetenz anhand ausgewählter Beispiele aus den Fachbereichen Chemie und Physik.
InhaltChemie III: Herstellung von PMMA über eine Umesterung; Herstellung von Poly(methylmethacrylat) durch radikalische Polymerisation von Methylmethacrylat; 3D-Printing.
Dazu kommt eine Reihe von Physik-Experimenten aus der folgenden Auswahl:
Physik I: Pulverdifraktometrie, Einkristallröntgenographie, Kapillarrheometrie, Viskoelastizität von Polymerschmelzen (oder ähnlich), 1-2 von 4 Physikversuche an der EMPA: z.B. zur Röntgenfluoreszanalytik, Impedanzmessung von Batterie, "power to gas" oder Texturmessung und zwei weitere Physikversuche am D-Phys (z.B. zur "Interferenz und Beugung"; "Elastische Konstanten").
SkriptAnleitungen mit weiteren Informationen zu den einzelnen Versuchen (Zielsetzung, Theorie, experimentelles Vorgehen, Hinweise zur Auswertung) ist über die Praktikumswebseite (Link bzw. Link) erhältlich.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: 1. Erfolgreiche Teilnahme sowohl am D-MATL Praktikum I als auch II. 2. Bestandene Chemie I/II Prüfung und/oder bestandene Basisprüfung. Über allfällige Ausnahmen entscheidet der Praktikumsverantwortliche auf Anfrage.
5. Semester
Grundlagenfächer Teil 2
Prüfungsblock 5
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
327-0504-00LMaterials Characterisation Methods Information O3 KP2V + 1UL. Heyderman
KurzbeschreibungDas Ziel der Lehrveranstaltung ist es, die Studierenden zu befähigen, die einer bestimmten Fragestellung entsprechenden optimalen Materialcharakterisierungsmethoden auszuwählen. Themenbereiche sind: Thermische Analyse (TD, TG, TM, DTA, DSC), Lichtmikroskopie, Beugungsmethoden (XRD, NRD, SAD), Elektronenmikroskopie (TEM, HRTEM, STEM, HAADF-STEM, SEM, ESEM, EFEM, EDX, EELS).
LernzielDas Ziel der Lehrveranstaltung ist es, die Studierenden zu befähigen, die der Fragestellung entsprechenden optimalen Materialcharakterisierungsmethoden auszuwählen.
InhaltEinführung in die Grundlagen der Materialcharakterisierung mit folgenden Themenbereichen: Thermische Analyse (TD, TG, TM, DTA, DSC), Lichtmikroskopie, Beugungsmethoden (XRD, NRD, SAD), Elektronenmikroskopie (TEM, HRTEM, STEM, HAADF-STEM, SEM, ESEM, EFEM, EDX, EELS). Der Schwerpunkt liegt auf der Diskussion der physikalischen Grundlagen der Charakterisierungsmethoden.
SkriptEin Skript steht zur Verfügung.
LiteraturMaterials Science and technology: A comprehensive treatment.
ed. by R. W. Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer. VCH Weinheim 1992, 1994.
Volume 2
Characterization of Materials (Volume Editor E. Lifshin).
327-0508-00LSimulationstechniken in der Materialwissenschaft Information O4 KP2V + 2UC. Ederer
KurzbeschreibungEinführung in für Materialwissenschaft relevante Simulationstechniken. Simulationsmethoden für Kontinua (Finite Differenzen, Finite Elemente), mesoskopische Methoden (zelluläre Automaten, mesoskopische Monte Carlo Methoden), mikroskopische Methoden (Molekulardynamik, Monte-Carlo Simulation, Dichtefunktionaltheorie).
LernzielErlernen von Techniken, die in der rechnergestützten Physik für Materialien benötigt werden; Erlangen eines Überblicks, welche Simulationsmethoden für spezifische Fragestellungen sinnvoll sind; Entwicklung der Fähigkeit, materialwissenschaftliche Fragestellungen komplexer Systeme mit Hilfe des Computers zu behandeln.
Inhalt- Modellierung und Simulationen in der Materialwissenschaft.
- Simulationsmethoden für Kontinua (Finite Differenzen, Grundidee der finiten Elemente).
- Mesoskopische Methoden (Zelluläre Automaten, Phasenfeld-Modelle, mesoskopische Monte Carlo Methoden).
- Mikroskopische Methoden (Molekulardynamik, Monte Carlo Simulation für Vielteilchensysteme, Grundidee der Dichtefunktionaltheorie).
Literatur- R. Lesar, Introduction to Computational Materials Science (Cambridge University Press 2013).
- D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulations (Academic Press 2002).
- M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids (Clarendon Press, 1987).
- D. Raabe, Computational Materials Science (Wiley-VCH 1998).
327-0407-01LMaterials Physics I Information O5 KP3V + 2UP. Gambardella
KurzbeschreibungThis course introduces classical and quantum mechanical concepts for the understanding of material properties from a microscopic point of view. The lectures focus on the static and dynamic properties of crystals, the formation of chemical bonds and electronic bands in metals, and semiconductors, and on the thermal and electrical properties that emerge from this analysis.
LernzielProviding physical concepts for the understanding of material properties:

Understanding the electronic properties of solids is at the heart of modern society and technology. The aim of this course is to provide fundamental concepts that allow the student to relate the microscopic structure of matter and the quantum mechanical behavior of electrons to the macroscopic properties of materials. Beyond fundamental curiosity, such level of understanding is required in order to develop and appropriately describe new classes of materials for future technology applications. By the end of the course the student should have developed a semi-quantitative understanding of basic concepts in solid state physics and be able to appreciate the pertinence of different models to the description of specific material properties.
InhaltPART I: Structure of solid matter, real and reciprocal space

The crystal lattice, Bravais lattices, primitive cells and unit cells, Wigner-Seitz cell, primitive lattice vectors, lattice with a basis, examples of 3D and 2D lattices.

Fourier transforms and reciprocal space, reciprocal lattice vectors, Brillouin zones

Elastic and inelastic scattering of elementary particles with matter (x-rays, neutrons, electrons). Interaction of x-rays with matter. X-ray diffraction, Bragg condition, atomic scattering factors, scattering length, absorption and refraction.

PART II: Dynamics of atoms in crystals

Lattice vibrations and phonons in 1D, phonons in 1D chains with monoatomic basis, phonon in 1D chains with a diatomic basis, optical and acoustic modes, phase and group velocities, phonon dispersion and eigenvectors. Phonons in 2D and 3D.

Quantum mechanical description of lattice waves in solids, the harmonic oscillator, the concept of phonon, phonon statistics, Bose-Einstein distribution, phonon density of states, Debye and Einstein models, thermal energy, heat capacity of solids.

PART III: Electron states and energy bands in crystalline solids

Electronic properties of materials, classical concepts: electrical conductivity, Hall effect, thermoelectric effects. Drude model. Transition to quantum models and review of quantum mechanical concepts.

The formation of electronic bands: from molecules to periodic crystal structures.

The free electron gas: Fermi statistics, Fermi energy and Fermi surface, density of states in k-space and as a function of energy. Inadequacy of the free electron model.

Electrons in a periodic potential, Bloch's theorem and Bloch functions, electron Bragg scattering, nearly free electron model, physical origin of bandgaps, band filling. Energy bands of different types of solids: metals, insulators, and semiconductors. Fermi surfaces. Examples.

PART IV: Electrical and heat conduction

Dynamics of electrons in energy bands, phase and group velocity, crystal momentum, the effective mass concept, scattering phenomena.

Electrical and thermal conductivities revisited. Electron transport due to electric fields (drift) and concentration gradients (diffusion). Einstein's relations. Transport of heat by electrons, Seebeck effect and thermopower, Peltier effect, thermoelectric cooling, thermoelectric energy conversion.

PART V: Semiconductors: concepts and devices

Band structure: valence and conduction states. Intrinsic and extrinsic charge carrier density. Electrical conductivity. p-n junctions. Metal-semiconductor contacts. FET transistors. Transistors as switches and amplifiers.
Skriptin English, available for download at Link
LiteraturC. Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley, 2005), also printed in German. General text that covers most arguments from the point of view of condensed matter physics.
S.O. Kasap, Principles of Electronic Materials and Devices (McGraw-Hill, 2006). General text that covers most arguments from the point of view of materials science.
L. Solymar, D. Walsh, R.R.A. Syms, Electrical Properties of Materials (Oxford Univ. Press, 2014). Modern treatment of the electronic properties of materials, with examples of applications. The thermal properties of solids are not included.
J. Livingston, Electronic Properties of Engineering Materials (Wiley, 1999). Good text for providing intuitive understanding and perspectives.
D. A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices (McGraw-Hill, 2012). General treatment of semiconductor physics and devices, including both basic and more advanced topics.
H. Ibach, H. Lueth, Solid-State Physics (Springer, 2003), available free of charge as ebook from the ETH library, also in German. General text that covers most arguments from the point of view of condensed matter physics.
Voraussetzungen / BesonderesPhysik I and II. Kenntnis der grundlegenden quantenmechanische Konzepte. Die Vorlesung wird in Englisch angeboten. Das Skript wird in Englisch abgegeben.
Prüfungsblock 6
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
327-0501-00LMetalle IO3 KP2V + 1UR. Spolenak
KurzbeschreibungAuffrischung und Vertiefung der Versetzungstheorie. Mechanische Eigenschaften von Metallen: Härtungsmechanismen, Hochtemperaturplastizität, Legierungseffekte. Fallbeispiele der Legierungseinstellung zur Illustration der Mechanismen.
LernzielAuffrischung und Vertiefung der Versetzungstheorie. Mechanische Eigenschaften von Metallen: Härtungsmechanismen, Hochtemperaturplastizität, Legierungseffekte. Fallbeispiele der Legierungseinstellung zur Illustration der Mechanismen.
InhaltVersetzungstheorie:
Eigenschaften von Versetzungen, Versetzungsbewegung, Wechselwirkungen von Versetzungen mit Versetzungen und Grenzflächen
Konsequenzen von Versetzungsaufspaltung, Immobilisierung von Versetzungen
Härtungstheorie:
a. Mischkristallhärtung: Fallbeispiele an Kupfernickel- und Eisenkohlenstofflegierungen
b. Ausscheidungshärtung: Fallbeispiele an Aluminiumkupferlegierungen
Hochtemperaturplastizität:
Thermisch aktiviertes Versetzungsgleiten
Versetzungskriechen
Diffusionskriechen: Coble, Nabarro-Herring
Verformungsmechanismuskarten
Fallbeispiele an Turbinenschaufeln
Superplastizität
Legierungsmassnahmen
LiteraturGottstein, Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Springer Verlag
Haasen, Physikalische Metallkunde, Springer Verlag
Rösler/Harders/Bäker, Mechanisches Verhalten der Werkstoffe, Teubner Verlag
Porter/Easterling, Transformations in Metals and Alloys, Chapman & Hall
Hull/Bacon, Introduction to Dislocations, Butterworth & Heinemann
Courtney, Mechanical Behaviour of Materials, McGraw-Hill
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