Στοιχεία Μαθήματος
Διδάσκων (Διδάσκοντες):
Μεταπτυχιακά Μαθήματα, Χειμερινό
Τύπος μαθήματος: Ειδίκευσης
Γλώσσα Διδασκαλίας: Αγγλικά/Ελληνικά
Κωδικός Μαθήματος: GCHM_C612
Μονάδες ECTS: 8
Διαθέσιμότητα μαθήματος σε φοιτητές Erasmus: Όχι
Λεπτομέρειες Μαθήματος

Κατανόηση των βασικών αρχών της δομής ανόργανων κρυσταλλικών υλικών και των τεχνικών χαρακτηρισμού της. Συσχέτιση και ερμηνεία των βασικών φυσικών ιδιοτήτων, με βάση την κρυσταλλική και ηλεκτρονιακή δομή,  για μέταλλα/κράματα, ημιαγωγούς, υπεραγωγούς, διηλεκτρικά και μαγνητικά υλικά. Κατανόηση φαινομένων που σχετίζονται με ατέλειες στην κρυσταλλική δομή.

 

Ικανότητα ενοποιημένης κατανόησης της δομής και των ιδιοτήτων των κρυσταλλικών υλικών με βάση τις θέσεις και τις κινήσεις των ατομικών (ιοντικών) μονάδων αφενός και της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων σθένους αφετέρου. 

Δεν υπάρχουν τυπικά προαπαιτούμενα μαθήματα. Είναι επιθυμητό για τους φοιτητές να έχουν σχετικά καλό υπόβαθρο στη Φυσική και Χημεία των στερεών και στην Επιστήμη Υλικών.

Κρυσταλλοδομή
Περιοδική διάταξη ατόμων. Πλέγματα και κρυσταλλικά συστήματα. Δείκτες Miller.  Στοιχεία συμμετρίας.  Απλές δομές (NaCl, CsCl, ZnS, Αδάμας, Eξαγωνική), Άμορφα-Υαλώδη Υλικά. 

Περίθλαση ακτίνων -Χ, νετρονίων και ηλεκτρονίων σε κρυστάλλους. 
Νόμος Bragg. Εξισώσεις Laue.  Αντίστροφο πλέγμα.  Συνθήκες περίθλασης.  Ζώνες  Βrillouin .  Ανάλυση Fourier.  Τεχνικές περίθλασης ακτίνων-Χ, νετρονίων και ηλεκτρονίων.

Δεσμοί σε κρυστάλλους
Κρύσταλλοι ευγενών αερίων   (δεσμοί Van der Waals, σταθερές ισορροπίας πλέγματος, ενέργεια συνοχής).  Ιοντικοί κρύσταλλοι (Σταθερά Madelung). Ομοιοπολικοί κρύσταλλοι.  Μεταλλικοί δεσμοί.  Ενώσεις υδρογόνου.  Ιοντικές ακτίνες.  Ενδομεταλλικές ενώσεις (Φάσεις Laves, Zintl  και Hume-Rothery).

Μηχανικές και Θερμικές Ιδιότητες των Κρυσταλλικών Στερεών
Ελαστικότητα.   Κανονικοί τρόποι ταλάντωσης πλέγματος. Φωνόνια.  Ειδική Θερμότητα (Μοντέλα Εinstein και Debye).  Θερμική αγωγιμότητα.  Θερμική διαστολή.

Ηλεκτρονική Δομή των Κρυσταλλικών Στερεών
Το ηλεκτρόνιο ως σωματίδιο , κύμα , λύση της εξίσωσης Schroendinger. Η Θεωρία των ελευθέρων ηλεκτρονίων. Η Θεωρία των ενεργειακών  ζωνών. Ενεργειακό χάσμα. Ηλεκτρόνια και οπές. Μέταλλα και μονωτές στο απόλυτο μηδέν.

Ημιαγωγοί
Ενδογενείς / εξωγενείς ημιαγωγοί (δότες, αποδέκτες). Ευκινησία φορέων και θερμοκρασιακή εξάρτηση της αγωγιμότητας. Τύποι και παρασκευή καθαρών ημιαγωγών.

Διηλεκτρικά και Μαγνητικά Υλικά
Διηλεκτρική σταθερά και οπτικές ιδιότητες. Πολωσιμότητα. Εφαρμογές διηλεκτρικών. Δια- και Παρα -μαγνητισμός. Σιδηρο-μαγνητισμός -Σημείο Curie.  Μαγνητικές περιοχές και Καμπύλη μαγνήτισης. Σκληροί και μαλακοί μαγνήτες.

Yπεραγωγιμότητα
Θεωρία ΒCS – ζεύγη Cooper. Επίδραση του μαγνητικού πεδίου - Φαινόμενο Meissner. Θερμοδυναμική θεώρηση. Τύποι υπεραγωγιμότητας. Ενεργειακό χάσμα και επαφές Josephson.  Υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας.  

Σημειακές Ατέλειες και Κράματα
Πλεγματικά κενά. Διάχυση. Κέντρα χρώματος. Μαγνητικά κράματα και το Φαινόμενο Kondo. Μετασχηματισμοί  Τάξεως –Αταξίας. 

H.P.Klugg, L.F.Alexander, X-Ray Diffraction Procedures, 2nd Ed., J.Wiley&Sons,1974
D.M.Adams, Inorganic Solids, J.Wiley&Sons, 1974, 376pp.
M.T.Weller, Inorganic Materials  Chemistry, OxfordSci. Publ., 1994
A.X. Στεργίου, Μέθοδοι Κρυσταλλοδομής, Εκδ. Ζήτη, Θεσσαλονίκη
Β.Ναστόπουλος, Δομική Χημεία, Παν. Πατρών, 2008
C.Kittel, “Introduction to solid state physics”, 7thEd. J.Wiley, 1995
L.Solymar and D. Walsh, “Electrical Properties of Materials”, 6thEd. ,Oxford Science Publications, 1997.
Η.Ibach - Η.Lueth, “Φυσική Στερεάς Κατάστασης-Εισαγωγή στις Αρχές της Επιστήμης των Υλικών”  , (Μετάφραση: Σ. Βες, Ε. Παλούρα, Α. Αναγνωστόπουλος, Χ. Πολάτογλου)Εκδ. Ζήτη , 2012.
Σ.Λαδάς, Σημειώσεις : Ανόργανα Υλικά  (Μέρος Β), ΤΧΜ, Π.Πατρών

Παραδόσεις με χρήση συμβατικών ή ηλεκτρονικών μέσων.  Αναλυτική παρουσίαση επιλεγμένων παραδειγμάτων. Καθοδήγηση των φοιτητών προς διαδικτυακές και άλλες βιβλιογραφικές πληροφορίες που σχετίζονται με το μάθημα.

 

Σειρές ασκήσεων από κάθε διδάσκοντα (30% του τελικού βαθμού του διδάσκοντα).  Ενιαία τελική γραπτή εξέταση με ερωτήσεις/ προβλήματα κρίσεως (70% του τελικού βαθμού κάθε διδάσκοντα).  Ο τελικός βαθμός είναι ο μέσος όρος των βαθμών από τους τρεις διδάσκοντες.