•Κεραμικά υλικά: Εισαγωγή στα κεραμικά υλικά, μέθοδοι σύνθεσης, δομικά, φυσικοχημικά και μηχανικά χαρακτηριστικά. Διάχυση και πυροσυσσωμάτωση. Ατομικοί δεσμοί, τύποι πλέγματος, ατέλειες και η επίδρασή τους στις μηχανικές ιδιότητες. Προηγμένα κεραμικά και εφαρμογές στην ενέργεια και στην ιατρική. Μέθοδοι επεξεργασίας. Σύνθετα κεραμικά και μέθοδοι βελτίωσης των μηχανικών τους ιδιοτήτων. Σύγχρονες ερευνητικές κατευθύνσεις στα προηγμένα κεραμικά. • Πολυμερή: Εισαγωγή στα πολυμερικά υλικά: Ορισμοί, κύρια φυσικοχημικά χαρακτηριστικά, θερμομηχανικές ιδιότητες των πολυμερών και η σημασία τους στις εφαρμογές τους, σχέσεις δομής-ιδιοτήτων, κρυστάλλωση πολυμερών, τα πολυμερή στην καθημερινή μας ζωή. • Συστήματα διασποράς στερεών: Επιφανειακές ιδιότητες στερεών, Προσρόφηση αερίων και υγρών, Κολλοειδή συστήματα: ορισμοί, χαρακτηριστικές ιδιότητες, τεχνικές χαρακτηρισμού, Σταθεροποίηση συστημάτων διασποράς: θεωρία ηλεκτρικής διπλοστοιβάδας, τασιενεργές ενώσεις, κροκίδωση, Γαλακτώματα, Πηκτές, Αερολύματα.

Στο πλαίσιο του μαθήματος θα γίνει μια διεξοδική εμβάθυνση σε τεχνικές προγραμματισμού ως εργαλείο για την επίλυση προβλημάτων στην Φυσική των Υλικών. Ως εργαλείο προγραμματισμού θα χρησιμοποιηθεί το MATLAB, το οποίο αποτελεί μια πλήρη πλατφόρμα προγραμματισμού. Το MATLAB δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να συντάσσει κώδικα όμοιο με τις ανώτερες γλώσσες προγραμματισμού, σε συνδυασμό με βιβλιοθήκες συναρτήσεων και εφαρμογών υπολογιστικής φυσικής. Συνεπώς οι φοιτητές θα εκπαιδευθούν στον προγραμματισμό ως εργαλείο παραγωγής εφαρμογών, με την ταυτόχρονη χρήση των πλέον εξελιγμένων βοηθητικών συναρτήσεων που διαθέτει το MATLAB.

Το μεταπτυχιακό μάθημα καλύπτει τα σημαντικότερα βασικά στοιχεία των φαινομένων και των μεθόδων μελέτης των θερμικών και θερμοηλεκτρικών ιδιοτήτων υλικών και νανοδομών και νανοδομημένων υλικών. Το μάθημα στοχεύει στον υπολογισμό ή πρόβλεψη θερμικών και θερμοηλεκτρικών ιδιοτήτων είτε από ατομιστικές προσομοιώσεις στη νανοκλίμακα είτε από πειραματικές μεθόδους και δεύτερον, στην εισαγωγή ενός ενοποιημένου πλαισίου για την κατανόηση της βασικής φυσικής της μεταφοράς θερμότητας στη νανοκλίμακα και τη μετατροπή θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Δεδομένου ότι το μάθημα προσφέρεται τόσο σε φυσικούς όσο και σε μηχανικούς, θα εξεταστεί η σημασία της μεταφοράς θερμότητας και της θερμοηλεκτρικής μετατροπής σε διάφορες εφαρμογές καθώς και οι τάσεις της έρευνας, παρουσιάζοντας κάποιες πειραματικές, πρακτικές τεχνολογικές θεωρήσεις και θεμελιώδη όρια.

1^ο μέρος

• Εισαγωγή στην αρχαιομετρία, τον διεπιστημονικό κλάδο που έχει ως αντικείμενο την εφαρμογή των θετικών επιστημών στην αρχαιολογία και τον πολιτισμό.
• Αναφορά στις κατηγορίες των έργων τέχνης και πολιτιστικής κληρονομιάς, με έμφαση στα υλικά από τα οποία αποτελούνται.
• Παρουσίαση μεθόδων που εφαρμόζονται για θέματα χαρακτηρισμού και τεκμηρίωσης υλικών στα έργα της πολιτιστικής κληρονομιάς από την Αρχαιότητα μέχρι τις αρχές του 20^ου αιώνα μέσα από διάφορα case studies, με έμφαση στην χρήση (α) της φασματοσκοπίας FTIR καθώς και micro-FTIR με απλό MCT και συστοιχία MCT (FPA) και (β) της φασματοσκοπίας UV-Vis.
• Ø  Επισκόπηση των μεθόδων χρονολόγησης και αυθεντικότητας.
• Στοιχεία συντήρησης και αποκατάστασης
• Σύγχρονα θέματα ανάπτυξης καινοτόμων υλικών για τη συντήρηση (καθαρισμός) και τη διατήρηση των έργων (επικαλύψεις, υμένια).

 2^ο μέρος

• Oι φοιτητές συμμετέχουν σε εργαστηριακές ασκήσεις που αφορούν στον χαρακτηρισμό χρωστικών και υποβάθρου δειγμάτων τοιχογραφιών με τη συνδυασμένη χρήση των μεθόδων micro-FTIR και SEM-EDS.
• Επίσκεψη σε εργαστήρια μουσείων της Θεσσαλονίκης ή μνημεία με σχετική ξενάγηση.

Το μάθημα αποτελείται από δύο ενότητες: Η 1η ενότητα αφορά τις οπτοηλεκτρονικές διατάξεις και περιλαμβάνει θεωρία σχετικά με τη διαμόρφωση- ανίχνευση φωτός και πειραματικές επιδείξεις: Πειραματικές επιδείξεις που αφορούν τη διαμόρφωση πολυπλεξίας μήκους κύματος και διάδοσης σε ίνα και τον χαρακτηρισμό διοδικών laser, οπτικών ενισχυτών Ημιαγωγού και Ερβίου, οπτικών Φίλτρων, οπτικών chip. Η 2η ενότητα περιλαμβάνει μελέτη, χαρακτηρισμό και προσομοίωση σύγχρονων ηλεκτρονικών διατάξεων Μικρο και Νανο- Hλεκτρονικής. Μελετάται η ηλεκτρική συμπεριφορά και αξιοπιστία δισδιάστατων τρανζίστορ καθώς και τρισδιάστατων πολλαπλών πυλών.

Οι ηλεκτρονικές και δονητικές ιδιότητες των υλικών είναι θεμελιώδους σημασίας για τη σύγχρονη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, αποτελώντας την αφετηρία για τη κατανόηση, τη πρόβλεψη και το σχεδιασμό των ιδιοτήτων νανοϋλικών και διατάξεων, συνεισφέροντας σε πληθώρα εφαρμογών όπως η σπιντρονική και ο θερμοηλεκτρισμός στη νανοκλίμακα. Στόχος του μαθήματος είναι η εμβάθυνση στις έννοιες, τον φορμαλισμό και τη μοντελοποίηση των δονητικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων προτύπων νανοϋλικών, καθώς και τη σύνδεσή τους με μοντέρνα προβλήματα της φυσικής των υλικών.

Περιγραφή των εγκαταστάσεων παραγωγής ακτινοβολίας Σύγχροτρον ανά τον κόσμο, διαθέσιμες για την πραγματοποίηση πειραμάτων. Παραγωγή, ιδιότητες και μονοχρωματισμός/ανίχνευση της ακτινοβολίας Σύγχροτρον. Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης ακτίνων-Χ με την ύλη (σκέδαση, περίθλαση, φθορισμός και απορρόφηση). Επισκόπηση των τεχνικών χαρακτηρισμού ακτινοβολίας Σύγχροτρον και πλεονεκτήματα χρήσης της. Αναλυτική περιγραφή των ακόλουθων τεχνικών και των εφαρμογών τους σε διάφορες κατηγορίες υλικών: (1) Τεχνικές σκέδασης ακτίνων-Χ μικρής και ευρείας γωνίας (SAXS/WAXS) για την μελέτη της μορφολογίας και της δομής στη μίκρο/νάνο κλίμακα, (2) Φασματοσκοπίες απορρόφησης ακτίνων-Χ (macro/micro XAFS) για το προσδιορισμό του χημικού και δεσμικού περιβάλλοντος των στοιχείων, (3) Φασματοσκοπίες φθορισμού (XRF) και εκπομπής φωτοηλεκτρονίων (XPS) για την μελέτη της σύστασης και της μικρομετρικής χωρικής κατανομής των στοιχείων καθώς και της χημικής/ηλεκτρονικής κατάστασης των στοιχείων στην επιφάνεια.

Υλικά και Σχεδιασμός. Kατηγοριοποίηση των υλικών. Tύποι σχεδιασμού. Παράμετροι σχεδιασμού. Επίδοση του υλικού. Αξία και κόστος. Η διαδικασία επιλογής υλικού. Μέθοδοι Επιλογής Υλικών – Επιλογή με βάση τεχνική ανάλυση, συσχετισμό και αναλογία. Κατάταξη με δείκτες επίδοσης. Πολλαπλοί στόχοι και περιορισμοί. Περιβαλλοντική επιλογή υλικών. Βάσεις Δεδομένων Επιλογής Υλικών. Εισαγωγή στις βιομηχανικές κατεργασίες παραγωγής. Μορφοποίηση (χύτευση, διαμόρφωση-καλουπάρισμα, παραμόρφωση, κοπή-τόρνευση), συνενώσεις-συγκολήσεις και επιφανειακές κατεργασίες. Κατεργασίες για κόννεις και σύνθετα υλικά. Κατεργασία και σχήμα. Ποσοτικές ιδιότητες κατεργασιών. Επιλογή κατεργασίας. Ανάλυση κόστους παραγωγικής διεργασίας.

Κατηγορίες και εφαρμογές οπτικών υλικών. Κλασσική θεώρηση αλληλεπίδρασης φωτός και ύλης Ημικλασσική θεώρηση διηλεκτρικής συνάρτησης UV/vis απορρόφηση/διαπερατότητα, εκπομπή και ανακλαστικότητα υλικών Απορρόφηση/ανακλαστικότητα υπερύθρου και σκέδαση Raman. Τεχνικές φασματοσκοπίας FTIR με εφαρμογές σε διαφορετικά είδη υλικών

Σκοπός του μαθήματος είναι η κατανόηση των μηχανισμών αγωγιμότητας σε ορισμένα βασικά υλικά τεχνολογίας και η εφαρμογή τους σε σύγχρονες οπτοηλεκτρονικές και μικρο-νανοηλεκτρονικές διατάξεις.

Χημικοί δεσμοί και κρυσταλλική δομή των στερεών, ορθό και αντίστροφο πλέγμα, μελέτη της κρυσταλλικής δομής, παραδείγματα και εφαρμογές. Μοριακές δονήσεις και τεχνικές δονητικής φασματοσκοπίας. Ταλαντώσεις πλέγματος σε μία και σε τρεις διαστάσεις, φωνόνια και κλάδοι διασποράς, φωνονική πυκνότητα καταστάσεων και πειραματικές τεχνικές μελέτης (ανελαστική σκέδαση νετρονίων και ακτίνων Χ). Θερμικές ιδιότητες του πλέγματος, ειδική θερμότητα, μη αρμονικές αλληλεπιδράσεις και θερμική διαστολή, θερμική αγωγιμότητα στερεών.

Ηλεκτρονική δομή σημαντικών ημιαγωγών, πυκνότητα φορέων, προσμείξεις, μηχανισμοί σκέδασης & αγωγιμότητας. Κράματα ημιαγωγών, νόμος του Vegard & band-gap engineering. Band offset στις ετεροεπαφές και κανόνας του Anderson. Επίδραση του strain στις ταινίες. Modulation doping & κβαντικά πηγάδια. Τροποποίηση της ηλεκτρονικής δομής λόγω κβαντικού περιορισμού. Τρέχοντα θέματα σε ημιαγωγούς ευρέως χάσματος (WBG) και Ultra-WBG.

Οι εφαρμογές των υπολογιστικών μεθόδων που θα αναλυθούν είναι σύγχρονα υπολογιστικά προβλήματα στη Φυσική των Υλικών, όπως υπολογιστική μοντελοποίηση και ανάλυση κρυσταλλικών δομών, περιοδικές συνθήκες, δημιουργία επιφανειών, διεπιφανειών και εκτεταμένων ατελειών. Υπολογισμοί σταθερών πλέγματος με δυναμικά αλληλεπίδρασης ατόμων. Υπολογισμοί ενέργειας-εύρεση κατάστασης ελάχιστης ενέργειας, ευσταθείς καταστάσεις. Επεξεργασία δομικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων υπολογισμών πρώτων αρχών κρυσταλλικών υλικών. Ενεργειακό χάσμα  ημιαγωγών, πυκνότητα ενεργειακών καταστάσεων, στατιστικές & θερμοδυναμικές ιδιότητες της ύλης.

Πυρηνοποίηση και ανάπτυξη: Ομογενής και ετερογενής πυρηνοποίηση. Ταχύτητα πυρηνοποίησης. Mετασχηματισμοί διάχυσης στα στερεά. Ανάπτυξη πυρήνων & μετανάστευση διεπιφανειών. Επίδραση της έλλειψης προσαρμογής, του χαρακτήρα των διεπιφανειών και του misfit strain στο σχήμα των συσσωματωμάτων. Πυρηνοποίηση σε διεπιφάνειες στερεού/ατμού & στερεού/τήγματος. Ανάπτυξη από το τήγμα και σχηματισμός δενδριτών.

Οι έννοιες της τάσης και της παραμόρφωσης, διάτμηση, 3D περιγραφές. Μέτρα ελαστικής συμπεριφοράς, ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης, θερμική διαστολή. Κύριες τάσεις/παραμορφώσεις. Aνομοιογενής εντατική κατάσταση. Συνθήκες συμβιβαστού των παραμορφώσεων. Σχέση τάσης – ελαστικής παραμόρφωσης, ανισοτροπική ελαστική συμπεριφορά, γενικευμένος νόμος Ηοοke. Eπίπεδη παραμορφωσιακή και επίπεδη εντατική κατάσταση. Πλαστική παραμόρφωση, θραύση, ερπυσμός, κόπωση, σκληρότητα. Πειραματικός προσδιορισμός μηχανικών ιδιοτήτων.

Θεωρία: Μελέτη των μαγνητικών ιδιοτήτων της ύλης και σύνδεση τους με τεχνολογικές εφαρμογές
   -Περιγραφή βασικών μαγνητικών μεγεθών και μονάδων
   -Περιγραφή και ερμηνεία των φαινομένων του διαμαγνητισμού και του παραμαγνητισμού
   -Εισαγωγή στα πρότυπα μαγνήτισης των ενεργειακών ζωνών του μικρομαγνητισμού
   -Περιγραφή και ερμηνεία των φαινομένων του σιδηρομαγνητισμού και του υπερπαραμαγνητισμού
   -Περιγραφή συστημάτων -διατάξεων μαγνητικών υλικών για τεχνολογικές εφαρμογές
   -Υλικά μόνιμων μαγνητών                        -Μαλακά μαγνητικά υλικά
Υλικά γιγαντιαίας μαγνητοαντίστασης, γιγαντιαίας μαγνητοσυστολής
Εργαστήριο: Μαγνητικός Χαρακτηρισμός Υλικών
   -Μετρήσεις της μαγνήτισης υλικών συναρτήσει πεδίου και θερμοκρασίας
   -Λήψη και ανάλυση φασμάτων Mössbauer μαγνητικών υλικών
   -Χαρακτηρισμός μαγνητικών νανοσωματιδίων

Tο μάθημα παρέχει μια ολοκληρωμένη εικόνα του δομικού χαρακτηρισμού των υλικών χρησιμοποιώντας την περίθλαση ακτίνων-Χ, μια αποτελεσματική μη καταστροφική μέθοδο και την προηγμένη ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης (TEM), μια καταστροφική αλλά και ισχυρή τεχνική που παρέχει δομικό και χημικό χαρακτηρισμό των υλικών από τη μικροσκοπική έως την ατομική κλίμακα διαστάσεων. Θα ξεκινήσουμε με την κρυσταλλική και την άμορφη καταστάση της ύλης, τους βασικούς τύπους κρυσταλλικών δομών, τη συμμετρία στον ευθύ και αντίστροφο χώρο και τις κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις και επίπεδα – την παραγωγή και ανίχνευση των ακτίνων-Χ, τη συλλογή δεδομένων και την επεξεργασία – την περίθλαση ακτίνων-Χ μονοκρυστάλλων, την αναγνώριση άγνωστων υλικών, και τον προσδιορισμό της φάσης και τη βελτίωση κρυσταλλικών δομών. Θα συνεχίσουμε με μια βαθιά κατανόηση των σύγχρονων TEM και της σύνδεσης μεταξύ των οπτικών στοιχείων και της λειτουργία τους, τη φυσική της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίκης δέσμης-ύλης, την περίθλαση των ηλεκτρονίων και πως αναπαρίσταται από τη σφαίρα του Ewald το αντίστροφο πλέγμα. Θα αναλύσουμε εικόνες περίθλασης ηλεκτρονίων και θα αναφερθούμε στη φωτεινή αντίθεση λόγω περίθλασης ηλεκτρονίων 2-δεσμών (κινηματική και δυναμική θεωρία) και στη φωτεινή αντίθεση διαφοράς φάσης δηλαδή την απεικόνιση της δoμής με υψηλή ανάλυση. Σε ένα λεπτό, διαφανές στα ηλεκτρόνια δείγμα, θα εξετάσουμε πώς να προσδιορισουμε την κρυσταλλικότητα, τη δομή των κρυσταλλιτών, το μέγεθος, τη μορφολογία, τα σφάλματα δομής και τη χημική σύνθεση με σύγχρονες μεθόδους ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης/διέλευσης (STEM), που περιλαμβάνουν εικόνες σκοτεινού πεδίου / φωτεινής αντίθεσης συναρτήσει του ατομικού αριθμού των στοιχείων του υλικού, και στοιχειακή μικροανάλυση με φασματοσκοπικές μεθόδους EDSX και EELS.