Introdución ao Máster en Materiais Avanzados

Unha vez cursada a materia Introdución ao Máster en Materiais Avanzados, o obxectivo é que os alumnos:
1- Coñezan os principais tipos de materiais 2D en función das súas características estruturais e da súa composición.
2- Coñezan as técnicas de preparación descendentes e ascendentes de materiais 2D, heteroestructuras de van der Waals e nanocomposites.
3- Adquiran o coñecemento dos compoñentes, moléculas e materiais que son fundamentais para o deseño e a realización de dispositivos cuánticos.

Tema 1- Conceptos básicos sobre as propiedades dos materiais avanzados.
1.1. Estructuras cristalinas dos sólidos, a rede recíproca, defectos nos sólidos.
1.2. Principais estrutura electrónica dos materiais: orbitais e bandas nunha dimensión. Funcións de Bloch e estruturas de bandas; o nivel de Fermi; densidade de estados.
1.3. Principais relación estrutura cristalina con estrutura electrónica e propiedades: Propiedades eléctricas dos materiais (aillantes, semiconductores, metais e superconductores). Propiedades ópticas (interacción luz-materia, absorción óptica en semiconductores, concepto de excitón e recombinación excitónica). Propiedades magnéticas (interaccións magnéticas; ordenamento magnético; correlacións magneto-estructurais). Propiedades electroquímicas (relación estrutura con propiedades fotocatalíticas, electrocatalíticas e de capacidade para almacenar enerxía).

Tema 2- Fundamentos sobre técnicas de preparación e procesamento de materiais avanzados.
2.1. Principais técnicas de preparación de materiais nanoestruturados e nanopartículas.
2.2. Técnicas avanzadas de preparación de materiais desde disolución (química de intercalación, química coloidal, química supramolecular) e desde estado sólido (deposición por vapor químico (CVD), transporte por vapor químico (CVT), etc.).
2.3. Procesamento de materiais como películas finas (técnicas de Langmuir-Blodgett, capa a capa, spin coating, crecemento electroquímico, monocapas autoensambladas (SAMs), sublimación molecular, pulverización catódica, etc.).

Tema 3- Fundamentos sobre técnicas de caracterización de materiais.
3.1. Técnicas de difracción: Difracción de raios X, difracción de electróns, difracción de neutróns.
3.2. Técnicas espectroscópicas: espectroscopías vibracionais (Raman, IR), espectroscopía de fotoelectróns e técnicas relacionadas (XPS, UPS, NEXAFS).
3.3. Microscopías: Microscopías electrónicas, microscopías de campo afastado, microscopías de sonda local (AFM, STM, MFM, SNOM).
3.4. Técnicas magnéticas e de transporte electrónico.
3.5. Técnicas electroquímicas utilizadas en almacenamento e conversión de enerxía (volta-amperometría, crono-amperometría, impedancias).

Bibliografía xeral

• Conceptos de estrutura cristalina, propiedades eléctricas, magnéticas e mecánicas. Callister, W.D. & Rethwisch, D.G. Materials Science and Engineering: An Introduction (Wiley)
• Fundamentos sobre estruturas e propiedades dos materiais, útil como texto base. Rodríguez, F. et al. Principios de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (McGraw-Hill)
• Fundamentos termodinámicos, especialmente en síntese e procesamento. Gaskell, D.R. & Laughlin, D.E. Introduction to the Thermodynamics of Materials (CRC Press)

Tema 1:
• Ashcroft, N.W. & Mermin, N.D. Solid State Physics. Excelente para estrutura electrónica, bandas, Fermi, e propiedades electrónicas.
• Kittel, C. Introduction to Solid State Physics. Clásico para comprender propiedades eléctricas, ópticas e magnéticas.
• Sze, S.M. & Ng, K.K. Physics of Semiconductor Devices. Para o tratamento específico de semiconductores e fenómenos ópticos.
• Bard, A.J. & Faulkner, L.R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. Fundamental para electroquímica e propiedades aplicadas a enerxía.

Tema 2:
• Cao, G. & Wang, Y. Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications. Excelente para técnicas de síntese de nanomateriais e películas.
• Martin, C.R. Nanomaterials: Synthesis, Properties and Application. Referencia útil e moderna en química de materiais nanoestruturados.
• Brinker, C.J. & Scherer, G.W. Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. Clave para métodos desde disolución.
• George, S.M. Atomic Layer Deposition: An Overview. Para crecemento capa a capa e películas finas avanzadas.

Tema 3:
• Egerton, R.F. Physical Principles of Electron Microscopy. Para TEM, SEM, e microscopías relacionadas.
• Warren, B.E. X-ray Diffraction. Base sólida sobre difracción de raios X.
• Atkins, P. & de Paula, J. Physical Chemistry (Capítulos sobre espectroscopía). Para espectroscopías IR, Raman, UV-Vis.
• Czanderna, A.W. & Hercules, D.M. Methods of Surface Analysis. Inclúe XPS, UPS, NEXAFS e outras técnicas superficiais.
• Barsoukov, E. & Macdonald, J.R. Impedance Spectroscopy: Theory, Experiment, and Applications. Texto clave para análise electroquímica e almacenamento de enerxía.

(*) Póñerase á disposición do alumno outros recursos online.

Coñecementos:
CON3: Coñezan os principais tipos de materiais 2D en función das súas características estruturais e da súa composición.
CON4: Coñezan as técnicas de preparación descendentes e ascendentes de materiais 2D, heteroestruturas de van der Waals e nanocomposites.
CON10: Adquiran o coñecemento dos compoñentes, moléculas e materiais que son fundamentais para o deseño e a realización de dispositivos cuánticos.

Habilidades:
HAB10: Comprender a relación estrutura-propiedade nos distintos materiais avanzados con resposta a estímulos e discriminar os seus campos de aplicación.

Competencias:
COMP1: Coñecer as principais técnicas de preparación, caracterización e propiedades de materiais 2D, heteroestruturas de van der Waals e nanocomposites de materiais 2D, así como a información que proporcionan e as súas limitacións.
COMP6: Ter adquirido os coñecementos e habilidades necesarias para cursar estudos de doutoramento na área de materiais.
COMP7: Que os estudantes dunha área de coñecemento (p. ex. física) sexan capaces de comunicarse e interactuar científicamente con colegas doutras áreas (p. ex. química) na análise e resolución de problemas comúns.
COMP8: Realizar unha análise crítica, avaliación e síntese de ideas novas para resolver problemas en contornos complexos ou pouco coñecidos dentro de contextos máis amplos nos distintos ámbitos de impacto e aplicación dos materiais.
COMP9: Relacionar o tipo de material avanzado cos mellores métodos de produción, manufactura e procesamento do dispositivo final.

Competencias Transversais:
CT1: Compromiso social e sustentabilidade: Contribuír ao deseño, desenvolvemento e execución de solucións que dean resposta ás demandas sociais, tendo en conta como referente os Obxectivos de Desenvolvemento Sostible.
CT2: Pensamento crítico, compromiso ético e responsabilidade profesional: Demostrar razoamento crítico e autocrítico no ámbito da titulación, considerando aspectos como a ética profesional, os valores morais e as implicacións sociais das distintas actividades realizadas.
CT3: Traballo en equipo e liderado: Colaborar de xeito eficaz en equipos de traballo, asumindo responsabilidades e funcións de liderado e contribuíndo á mellora e desenvolvemento colectivo.
CT4: Capacidade de aprendizaxe, responsabilidade e toma de decisións: Actuar con autonomía na aprendizaxe, tomando decisións fundamentadas en distintos contextos, emitindo xuízos baseados na experimentación e análise e transferindo o coñecemento a novas situacións.
CT6: Capacidade creativa e emprendedora: Propor solucións creativas e innovadoras a situacións ou problemas complexos, propios do ámbito de coñecemento, para dar resposta ás diversas necesidades profesionais e sociais.
CT7: Perspectiva de xénero: Coñecer e comprender, desde o propio ámbito da titulación, as desigualdades por razón de sexo e xénero na sociedade; integrar as distintas necesidades e preferencias por razón de sexo e xénero no deseño de solucións e na resolución de problemas.
CT8: Intelixencia emocional: Comprender e regular as emocións propias e alleas para interactuar e participar de forma eficaz e construtiva na vida social e profesional.

A asistencia ás clases é obrigatoria e a súa falta terá un efecto negativo na avaliación final. As principais actividades formativas (AF) e metodoloxías docentes (MD) incluirán as clases teóricas (AF01, MD1), os seminarios (AF02) e as titorías regradas (AF03). Durante os seminarios, traballarase de forma práctica o contido teórico do módulo. Entre as metodoloxías empregadas nestas sesións atópanse a discusión de artigos (MD2), os debates e discusións dirixidas (MD3), a análise de casos prácticos e a resolución de problemas e cuestións (MD4), así como as visitas a laboratorios e instalacións científicas (MD5).

O alumnado deberá realizar, de forma individual ou en grupo, traballos relacionados con algúns dos conceptos explicados nas clases (MD6, AF09), e tamén traballará de maneira autónoma na preparación das clases (AF04) e do exame do módulo (AF05).

Nas titorías regradas (AF03), o profesorado orientará o alumnado no seu proceso de aprendizaxe mediante a resolución de dúbidas sobre a materia, axudando a reforzar os coñecementos. Estas titorías grupais realizaranse maioritariamente de forma presencial, ao pertencer tanto o profesorado como o alumnado á mesma universidade.

(*) As clases teóricas (AF01), os seminarios (AF02) e as titorías regradas (AF03) son presenciais.

A avaliación desta materia inclúe:

Participación activa nas actividades presenciais (20% da nota final): avaliación continua do alumnado baseada na súa implicación e compromiso co proceso de ensino-aprendizaxe. Para avaliar este aspecto, o profesorado controlará a participación e as intervencións do estudantado durante as clases maxistrais e, especialmente, nas sesións de seminario. Terase en conta a participación en debates, discusións e na resolución de problemas sinxelos relacionados cos contidos da materia.
Avaliarase o grao de interese do alumnado, a súa comprensión e capacidade de análise dos contidos, así como a habilidade para formular preguntas e comentarios pertinentes e para responder ás cuestións e problemas expostos polo profesorado.

Realización dun traballo individual ou en grupo (30% da nota final): avaliarase a consecución dos distintos resultados de aprendizaxe mediante a elaboración de traballos relacionados cos contidos do módulo, que poderán realizarse de forma individual ou en pequenos grupos, e a súa posterior exposición oral.
Teranse en conta aspectos como a profundidade e precisión na comprensión dos contidos, a coherencia e estrutura lóxica do traballo, o uso axeitado das fontes bibliográficas e a pertinencia das conclusións acadadas. Ademais, valorarase a capacidade do alumnado para traballar en equipo, fomentando habilidades de colaboración, comunicación efectiva e resolución conxunta de problemas.
A exposición oral do traballo permitirá avaliar a capacidade do estudantado para comunicar a información de forma clara, estruturada e convincente, así como o dominio dos contidos do módulo.

Exame escrito sobre os contidos básicos da materia (50% da nota final): avaliarase a consecución dos distintos resultados de aprendizaxe mediante a realización de exames escritos individuais. Terase en conta o grao de dominio dos conceptos e temas principais impartidos no módulo, así como a capacidade do alumnado para aplicalos en diferentes contextos académicos e prácticos. Os exames realizaranse de forma presencial, garantindo condicións de igualdade para todo o alumnado e permitindo unha avaliación controlada e fiable. Os exames poderán incluír preguntas tipo test, respostas curtas, redaccións breves e exercicios de resolución de problemas, co obxectivo de avaliar tanto os coñecementos adquiridos como a capacidade de análise, síntese e razoamento do estudantado.

A asistencia ás actividades formativas é obrigatoria. Para poder superar o módulo, será necesario asistir a todas as sesións presenciais, agás en casos debidamente xustificados. O profesorado será o responsable de rexistrar a asistencia, ben mediante chamada, follas de sinatura ou métodos equivalentes.

•O traballo presencial na aula constará de clases teóricas (70 horas), seminarios (7 horas) e titorías regradas (3 horas).
•O traballo persoal do alumnado implicará a preparación de exames (60 horas) e a realización de traballos individuais ou en grupo (60 horas).

O número total de horas de dedicación será de 200 horas, das cales 80 serán presenciais e as 120 restantes non presenciais.

• É importante manter o estudo da materia ao día para facilitar a asimilación progresiva dos contidos.
• Unha vez rematado o estudo de cada unidade, recoméndase elaborar un resumo cos puntos clave, identificando os conceptos fundamentais que se deben lembrar e comprendendo tanto o seu significado como as condicións nas que se poden aplicar.

A docencia impartirase en inglés.
No caso deste módulo non é necesario realizar mobilidade, xa que nel se imparten conceptos básicos e fundamentais sobre os materiais avanzados, e todas as universidades participantes contan con profesorado cualificado para impartilos.

A impartición do módulo en cada universidade de forma separada permite formar grupos máis reducidos e ofrecer unha formación máis adaptada e personalizada ao alumnado en función da súa formación previa.

Así mesmo, ao non ser necesario que o alumnado se desprace da súa residencia habitual, é posible espazar máis as clases, o que lles permite traballar na casa os conceptos aprendidos entre sesións.

Este módulo permitirá ao alumnado familiarizarse cos conceptos fundamentais dos materiais avanzados e prepararao para asimilar os novos coñecementos e contidos máis avanzados dos módulos seguintes, que se impartirán de forma intensiva.