Summary
Samenvatting Materiaaltechnologie 2023
- Course
- Institution
Een samenvatting van het vak Materiaaltechnologie gegeven in de richting burgerlijk ingenieur aan de UGent.
[Show more]
Seller
Follow
thibedessein
Content preview
MATTECH H2 (en beetje H20, H19): ATOMAIRE BINDINGENBio-mimicry
=zaken vanuit natuur nabootsen
Atomaire structuur & interatomaire bindingen
Geometrische schikking van atomen + interacties tussen atomen en/of moleculen
materiaaleigenschappen
Herhaling chemie
o Atoom= kern p+ + n0, omcirkeld door elektronen
o Atoomgetal Z= #p+
o Atoommassa A= #p+ + n0 (+ e-, maar verwaarloosbaar)
o Isotopen= gelijk aantal protonen, verschillend aantal neutronen
o Amu (atomic mass unit)= 1/12 C12
o Atoomgewicht= gewogen gemiddelde atoommassa s natuurlijke isotopen
Geen gehele getallen, zeker omdat door gemiddelde van de
atoommassa s van de isotopen
o 1 mol materiaal= 6,02.1023 atomen (getal Avogadro)
Atoommodellen & elektronenconfiguraties
o Klassieke mechanica ontoereikend voor gedrag e- in
materiaalquantummechanica
1) Bohr
a. Elektronen rond kern op orbitalen (=waarschijnlijkheidsfuncties
positie e-)
b. e- kunnen veranderen van (toegelaten) energieniveaus (voorgesteld
door kwantumgetallen) door naar hogere/lagere schil te springen
i. Hogere energie=absorptie energie
ii. Lagere energie=emissie energie
c. Model beperkt golf/deeltje dualiteit als aanvulling
2) Uitsluitingsprincipe Pauli: max 2 e-/orbitaal, tegengestelde spin
3) Atoom in grondtoestand: alle elektronen in laagste energietoestand
4) Edelgas: volledig opgevulde schil
5) Tabel van Mendeljev/periodiek systeem
a. Elektronegativiteit ↑ v.l.n.r. & v.o.n.b.
b. Elektropositief: neemt e- op en wordt anion
c. Elektronegatief: staat e- af en wordt kation
Atomaire binding & bindingsenergie
o Chemische eigenschappen (interatomaire krachten) verklaring
materiaaleigenschappen
o 2 atomen naderen
Kracht
Aantrekking atomen Afstoting elektronenwolken
Evenwicht wanneer de krachten elkaar compenseren: FN=0
, Potentiële energie
o Bindingsenergie= minimumenergie= cohesieve energie= E0
o Materialen streven naar een toestand van minimale energie:
Vorm curve & E0 bepalen macroscopische eigenschappen
Macroscopische eigenschappen (bepaald door kromme E-/F- t.o.v. r)
Smeltpunt & kookpunt: diepere potentiaalpunt=hoge E0 (E-grafiek) hoger smelt- of
kookpunt
Stijfheid
o =weerstand tegen elastische vervorming
o Raaklijn aan kromme F-grafiek door nulpunt: helling raaklijn= maat stijfheid
Steil: stijf, vlakker: minder stijf
o E= elasticiteitsmodulus (rico raaklijn), [MPa]
o = rek= veroorzaakt door bepaalde spanning, evenredig met spanning, [MPa]
o 𝜎= (trek)spanning= E.
Thermische eigenschappen
=reactie van materiaal bij toevoeging warmte
Isoleren met materialen met lage thermische geleidbaarheid
Verbinden verschillende metalen: liefst gelijke thermische expansie coëfficiënt
o Bv. Thermische uitzettingsvoegen bij bruggen als oplossing
Materiaal wordt opgewarmd: absorptie energie dimensies veranderen
eventueel warmtetransport smelten
Warmtecapaciteit
o Stijging temperatuurmateriaal absorbeert energie
o =vermogen van materiaal om warmte te absorberen= C
o C=dQ/dT
o Hoeveelheid warmte om 1 mol/gewichtseenheid materiaal 1°C op te warmen
Respectievelijk [J/molK of J/kgK]
o Cv, Cp; constant volume, constante druk
Warmtetransport in een materiaal
o ↑T ↑trillingsenergie van atomen (ook door interactie met naburen)
Atomen in materialen trillen constant met hoge frequenties en kleine
amplitudes
o Elastische trillingen: migreren door materiaal via energiepakketjes : fononen
Thermische expansie
o ∆T∆l
, 𝛼 thermische expansie coëfficient/uitzettingscoëfficiënt
= mate waarmee materiaal uitzet bij opwarmen
𝛼l lineaire, 𝛼 v volumetrische
Kleinere thermische expansie coëfficiënt=hogere Tm
o Opwarmen/afkoelen materiaalverandering van alle dimensies;
volumetrisch
o Isotroop: materiaal expandeert in elke richting even ver: 𝛼v=3 𝛼l
o Anisotroop: niet in alle richtingen gelijk (meestal bij thermische expansie)
o 0K: materiaal op vaste positie r0 opwarmen naar bepaalde energieniveaus
Ei gaat gepaard met verschillende breedten van de curve ri
Asymmetrische potentiaalput hoge thermische expansie (ri
verschuift) (links)
Diepe, symmetrische potentiaalput lage thermische expansie
(rechts)
Thermische geleidbaarheid
o Warmtegeleiding (gevolg van T-gradiënt)
o q=warmte flux: warmte toevoer/unit, [W/m2]
o k= warmtegeleidingscoëfficiënt, [W/mK]
uitdrukking voor situaties waar warmtetoevoer niet verandert
-:temperatuur gaat van warm naar koud
analogie met wet van Fick
o Fononen & vrije elektronen beide verantwoordelijk (een van de twee
domineert wel) voor thermische geleidbaarheid: k=kl + ke
kl voor Ǯlattice vibrationsǯ
Meer invloed ke bij aanwezigheid meer vrije e-
Keramieken
o Thermische expansiecoëfficiënt klein
o Kubische & amorfe keramische stoffen: (𝛼l) isotrope expansie, andere
gevallen: anisotroop
, o Bros gedrag: thermische expansie moet klein & isotroop blijven bij
temperatuurveranderingen, anders thermische schok: breken door niet-
uniforme veranderingen van dimensie
o Speciale keramieken met negatieve thermische expansie: krimpen bij
opwarmen
o Beperkte thermische geleidbaarheid; weinig vrij elektronen, goeie isolator
Polymeren
o Vrij grote thermische expansie, vooral bij lineaire & vertakte polymeren
(weinig cross linking)
o Crosslinking ↑ thermische expansie coëfficiënt ↓
o Slechte warmtegeleider, goede isolator: poreuze polymeren isoleren best
o Kristallijn =hoge densiteit
Metalen
o Thermische expansie coëfficiënt
Tussen polymeren & keramieken
o Thermische geleidbaarheid
Zowel thermisch als elektrisch goeie geleiders: vooral de elektronen
verantwoordelijk (grootste invloed)
! Metalen mengeneigenschappen zuiver metaal kloppen niet meer
Bv. Cu + Zn: geleidbaarheid vermindert
Schuim
o Materiaal + kleine luchtbelletjes die vastzittenzeer goeie thermische
isolator, slechte warmtegeleider
Drie verschillende primaire/chemische binding: ionair, covalent, metallisch
Ionair (vaak keramieken)
Coulomb type aantrekking °binding
Elementen geven e- af (kation) en nemen e- op (anion) stabiele edelgasconfiguratie
o Alle dichtste buren van anion zijn kationen & omgekeerd stabiel
Binding niet ruimtelijk gericht
o Sterkte binding in alle richtingen gelijk
Keramieken: meestal ionair bepaalde eigenschappen
Sterke binding (hoge bindingsenergie)hoge smelttemperatuur (meestal)
Covalent (vaak polymeren)
Delen e- edelgasconfiguratie
Gerichte binding, bepaald door positie van atomen die e- delen
Bindingen zelden zuiver covalent/ionair, gemengde binding in functie van verschil in
elektronegativiteit
Metallische binding (vaak metalen)
Positieve kern omring door valentie-e-; elektronenzee met positieve ionen-kernen
Atomen kleven samen door vrije elektronen
Hoge elektrische & thermische geleidbaarheid
Binding niet gericht
Secundaire atoombindingen (vaak moleculaire vaste stoffen)
=Van der Waals (=aantrekkingskracht tussen dipolen) of fysische bindingen door
aantrekkingskracht tussen dipolen
o Dipool ontstaat door bepaalde invloed: geïnduceerde dipolen, niet gericht
o Eigen aan atoom/molecule: permanente dipool, gericht (polaire molecule)
Sterkere binding tussen permanente dipolen
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller thibedessein. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $9.61. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
53340 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now