Τεχνολογία Υλικών και Εμβιομηχανική

ECTS: 6

Τεχνολογία Υλικών

Σκοπός

Το μάθημα αυτό αποτελεί βασικό εργαλείο  πάνω στην επιστήμη και την τεχνολογία των υλικών που άπτονται του αντικειμένου του Μηχανικού και ειδικότερα στα αντικείμενα της ηλεκτρονικής  τεχνολογίας και της ενέργειας.

Το μάθημα στοχεύει καταρχήν στην παροχή βασικών γνώσεων από τον τομέα της Φυσικής Στερεάς Κατάστασης (Θεωρία Bohr, Ενέργεια Fermi, Θεωρία ενεργειακών ταινιών, χημικοί δεσμοί, κβαντική μηχανική) που μπορούν να εξηγήσουν τις κυριότερες ιδιότητές των υλικών (δομή στερεών, ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητά τους, οπτική συμπεριφορά κ.λπ.). Ακόμα, στοχεύει στην παρουσίαση τόσο των τεχνολογικών εφαρμογών που έχουν τα υλικά όσο και των δυνατών τρόπων βελτίωσης των ιδιοτήτων τους προκειμένου αυτά να χρησιμοποιηθούν με καλύτερα αποτελέσματα.

Επίσης, το μάθημα στοχεύει στην παρουσίαση των τεχνικών χαρακτηρισμού και αξιολόγησης των υλικών, προκειμένου ο Μηχανικός να μπορεί να αποφανθεί εάν είναι κατάλληλο για κάθε συγκεκριμένη  εφαρμογή.

Τέλος, στοχεύει στην παροχή γνώσεων ώστε ό φοιτητής να μπορεί να αξιολογεί την αξιοπιστία συστημάτων μέσα από την αξιολόγηση του υλικού.

Γενικές ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών με τη χρήση των Τεχνολογιών Πληροφορικής και Επικοινωνιών.
• Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις.
• Λήψη αποφάσεων.
• Αυτόνομη εργασία.
• Ομαδική εργασία.
• Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον.
• Παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών.
• Σχεδιασμός και διαχείριση έργων.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Περιεχόμενο μαθήματος

• Εισαγωγή στη Θεωρία της Φυσικής Στερεάς Κατάστασης.
• Αγώγιμα Υλικά.
• Ημιαγωγικά Υλικά.
• Ημιαγωγικές Διατάξεις.
• Διηλεκτρικά Υλικά.
• Μαγνητικά Υλικά.
• Υπεραγώγιμα Υλικά.
• Μηχανικές Ιδιότητες Υλικών.
• Έξυπνα Υλικά.
• Αξιοπιστία Υλικών και Εξαρτημάτων.

Βιβλιογραφία

1. Λ. Μαγκαφάς, Μιχαήλ Χανιάς, "Τεχνολογία Υλικών", Εκδόσεις Τζιόλα (2017).
2. Sze, S. M.,  Kwok K. Ng., "Physics of Semiconductor Devices",  John Wiley & Sons (2007).
3. Cardona P., "Fundamentals of Semiconductors Physics and Material Properties", Springer (2005).
4. Gupta K. M. & Gupta N., "Advanced Electric and Electronic materials", Scrivener Publishing (2015).
5. Martienssen, W. & Warlimont, H., "Springer Handbookof Condensed Matter and Materials Data", Springer (2005).
6. Omar M. Ali., " Elementary Solid State Physics", Addison-Wesley (2011).
7. Strukov, D. B., Snider, S. G., Stewart, R. D., Williams, R. S., "The missing  memristor found", Nature, Vol 453, 8-83 (2008).
8. Solymar, L. & Walsh, D., "Electrical properties of materials", Oxford University Press (2004).
9. Tommasini, D., "Dielectric insulation and High Voltage issues", CERN (2009).
10. Κοντολέοντος, Ι. Μ., "Ανάλυση και Σχεδίαση Αξιοπιστίας Συστημάτων", Αϊβαζής - Ζουμπούλης, Θεσσαλονίκη (1990).
11. Ι. Χρυσουλάκης και Δ. Παντελής, "Επιστήμη και Τεχνολογία των Μεταλλικών Υλικών",  Εκδ. Παπασωτηρίου, Αθήνα (2007).

Εμβιομηχανική

Σκοπός

Το μάθημα αυτό καθοδηγεί τους φοιτητές μέσω των αρχών του ηλεκτρολόγου μηχανικού που μπορούν να εφαρμοστούν σε βιολογικά συστήματα και είναι επομένως σημαντικό για σπουδές στη βιοτεχνολογία και τη βιοϊατρική. Καλύπτονται οι βασικές έννοιες της μηχανικής που αποτελούν τη βάση των βιολογικών συστημάτων, των ιατροτεχνολογικών προϊόντων, του βιοελέγχου και της ανάλυσης βιολογικών σημάτων. Σε συνδυασμό με εργαστηριακές ασκήσεις για σήματα και μετρήσεις, το μάθημα προσφέρει μια διαισθητική επισκόπηση του πεδίου, με έμφαση στην ανάλυση σημάτων και συστημάτων, ανάλυση του σήματος στο πεδίο του χρόνου, βιομετρήσεις, το υπερηχογράφημα και η ηλεκτροφυσιολογία, εφαρμογές σε βιοέλεγχο και μοντελοποίηση φυσιολογικών συστημάτων. Παραδείγματα σε MATLAB και εργαστηριακές ασκήσεις παρέχονται καθόλη τη διάρκεια του μαθήματος για την παροχή χειροπιαστών εμπειριών σε σημαντικές πρακτικές ηλεκτρολογίας και εργαλεία, όπως Μετασχηματισμός Fourier, Μετασχηματισμός Laplace, μοντελοποίηση με αναλογικά κυκλώματα, συστήματα μοντελοποίησης και άλλες τεχνικές ανάλυσης γραμμικών συστημάτων για φοιτητές Εμβιομηχανικής.

Μαθησιακοί στόχοι

• Για την έρευνα στον τομέα της βιοτεχνολογίας και την παγκόσμια επίδραση της τεχνολογικής καινοτομίας για την επίλυση προβλημάτων στον τομέα της βιολογίας και της ιατρικής, με έμφαση σε ποσοτικα και μηχανικά εργαλεία και έννοιες.
• Για την ενασχόληση με την ιστορία, τις ηθικές/κοινωνικές συνέπειες και επιπτώσεις στην παγκόσμια υγεία, καθώς και μονοπάτια καριέρα στην Εμβιομηχανική. Μπορεί να περιλαμβάνει περιηγήσεις σε ερευνητικά εργαστήρια βιοτεχνολογίας και επιδείξεις τεχνολογιών βιοτεχνολογίας.

Με την ολοκλήρωση αυτής της ενότητας, οι φοιτητές αναμένεται να είναι σε θέση να:

• Έχουν κατανοήσει τις πρακτικές, τα εργαλεία και τις αρχές του ηλεκτρολόγου μηχανικού όπως αυτές εφαρμόζονται σε βιολογικά συστήματα.
• Έχουν εξοικειωθεί με τα βιολογικά σήματα, τις μετρήσεις και τις εφαρμογές ελέγχου.
• Έχουν κατανοήσει την επαγγελματική ευθύνη. Θα ξέρουν ότι οι επαγγελματικές αποφάσεις πρέπει να είναι συνεπείς με την ασφάλεια, την υγεία και την ευημερία των πολιτών, θα πρέπει να γνωρίζουν τα θέματα σύγκρουσης συμφερόντων και θα αντιμετωπίζουν ο ένας τον άλλο δίκαια, αναγνωρίζοντας την πολυμορφία και την πνευματική ιδιοκτησία.
• Έχουν το υπόβαθρο να κατανοήσουν την επίδραση της τεχνολογίας σε μια παγκόσμιο, οικονομικό, περιβαλλοντικό και κοινωνικό πλαίσιο, να είναι εξοικειωμένοι με την παγκοσμιοποίηση και να καταλαβαίνουν ότι ο αντίκτυπος του επαγγέλματός τους μπορεί να είναι διαφορετικός στις κοινωνίες που βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια οικονομικής ανάπτυξης.
• Εξοικειωθούν με τις σύγχρονα και συχνά αμφιλεγόμενα ζητήματα όπως η ρύθμιση, καθώς και το κόστος και η ποιότητα της υγειονομικής περίθαλψης.
• Επικοινωνούν αποτελεσματικά τόσο προφορικά όσο και γραπτά.
• Αναγνωρίζουν την ανάγκη να ζητήσουν πρόσθετες πληροφορίες όταν έρχονται αντιμέτωποι με κάποιο άγνωστο πρόβλημα.

Βιβλιογραφία

1. Stanley, Dunn, Alkis, Constantinides, Prabhas V., Moghe, "Bioengineering Bundle", Elsevier Science & Technology, 2008, ISBN: 0123748593.

2. Saterbak, Ann, San, Ka-Yiu, McIntire, Larry V., "Bioengineering Fundamentals", Pearson Higher Education, 2004, ISBN: 0130938386.

3. John L., Semmlow, "Signals and Systems for Bioengineers: A MATLAB based introduction", Second Edition, Academic Press, 2011, ISBN: 0123849829.

4. Michael R., King, Nipa A., Mody, "Numerical and Statistical Methods for Bioengineering – Applications in MATLAB", Cambridge University Press, 2010, ISBN: 0521871581.

5. Chien Shu, Chen Peter C & Fung Y C, Shu Chien and Peter C.Y. Chen, "An Introductory Text To Bioengineering", World Scientific Publishing Co Pte Ltd, 2008, ISBN: 9812707948.

6. Yuan-cheng Fung, Shu Chien, "Introduction to Bioengineering", World Scientific, pp. 293, 2001.

7. S. A. Berger, W. Goldsmith, E. R. Lewis, "Introduction to Bioengineering", Oxford University Press, USA, pp. 544, 1996.

8. Jeffrey D. Zahn, "Methods in Bioengineering: Biomicrofabrication and Biomicrofluidics", Artech House, pp. 352, 2009.

9. Robert Langer, Guruprasad Madhavan, Barbara Oakley and Luis Kun, "Career Development in Bioengineering and Biotechnology: Roads Well Laid and Paths Less Traveled", Springer, 2008, ISBN: 0387764941.