Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
---|---|---|---|
2501922 Nanociència i Nanotecnologia | OB | 4 | 1 |
Es recomana cursar l'assignatura simultàniament o posteriorment a Nanofabricació.
L'objectiu general del curs és que l'alumne conegui els principals principis de transducció, els elements i també les arquitectures implicades en el sensat i actuació a escala micro i nanomètrica. Especial èmfasi es farà als efectes de la disminució de les dimensions a l’escala nanomètrica.
Unitat 1. Introducció
Definició de conceptes bàsics (sensor/actuador/transductor). Micro i nanosistemes versus sistemes micro i nanoelectromecànics (MEMS-NEMS). Origen històric. La tecnologia de micro i nanosistemes. Relació amb la tecnologia microelectrònica i les tècniques de micro i nanofabricació. Aplicacions industrials i perspectives de mercat.
Unitat 2. Elements transductors.
Estructures mecàniques bàsiques dels MEMS: palanques, ponts, membranes. Materials i principis de transducció: piezoresistiva, piezoelèctrica, electrostàtica, òptica, electromagnètica.
Unitat 3. Arquitectures i principis de funcionament
Micro i nanosistemes DC (estàtics) i AC (dinàmics o ressonants). Tècniques d’actuació i detecció. Arquitectures digitals i analògiques de transducció, tractament, amplificació i transmissió del senyal.
Unitat 4. Modelització i simulació
Modelització i simulació dels elements transductors: eines de simulació per elements finits (FEM). Simuladors mecànics, electrònics, electromagnètics i d’altres dominis de transducció. Modelització i simulació a nivell de sistema.
Unitat 5. Escalat dimensional
Estudi dels efectes de l’escalat dimensional sobre les característiques i figures de mèrit dels micro i nanosistemes. Avantatges dels microsistemes respecte dels sistemes de dimensions mil·limètriques. Límits de l’escalat en el règim nanomètric.
Unitat 6. Aplicacions dels micro i nanosistemes
Sensors: temperatura,pressió, desplaçament, acceleració, força, flux, gasos, massa. Aplicacions a sensat químic i biològic. Aplicacions òptiques. Actuadors: micromotors, microvàlvules, microinterruptors. Processadors del senyal: RF-MEMS, micro-oscil·ladors, filtres, mescladors. Generació d’energia: scavengers, micropiles de combustible.
Pràctiques
-Disseny i simulació d'un M/NEMS
-Caracterització experimental d'un MEMS
Classes teòriques. Explicació per part del professor dels conceptes fonamentals de cada un dels temes. Part
dels conceptes s'introduiràn com a resolució de casos específics.
Classes de problemes. Resolució i discussió per part del proferssor de part dels exercicis i problemes
entregats als estudiants.
Classes de pràctiques. Realització de pràctiques en el laboratori específic. Part de les
pràctiques tindràn un guió específic i requeriràn una resolució prèvia a partir de càlculs matemàtics o bé fent
ús d'una eina de simulació.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
---|---|---|---|
Tipus: Dirigides | |||
Classes de problemes | 10 | 0,4 | 2, 3, 11, 13, 14, 19, 20, 21, 22, 23, 25, 26, 28, 30, 31 |
Classes de teoria | 27 | 1,08 | 1, 2, 6, 7, 8, 10, 11, 15, 19, 21, 22, 23, 25, 27, 28, 29 |
Pràctiques de laboratori | 15 | 0,6 | 1, 2, 4, 5, 6, 12, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 29, 31, 32, 33, 34 |
Tipus: Autònomes | |||
Estudi per a l'assimilació de conceptes | 46 | 1,84 | 2, 3, 13, 18, 19, 20, 28, 30 |
Lectura, resolució i redacció dels informes de les pràctiques | 20 | 0,8 | 2, 4, 6, 11, 16, 17, 18, 21, 22, 24, 29, 32, 33 |
Resolució de problemes | 20 | 0,8 | 3, 11, 13, 14, 19, 21, 22, 23, 25, 28, 30, 31 |
L'avaluació de l'assignatura tindrà 3 apartats diferenciats:
a) Es realitzarà obligatòriament dos examens escrits sobre els conceptes impartits a les classes de teoria i de
problemes (amb un pes de 25% per cada examen parcial). Per fer la mitja dels dos parcials, es necessita un mínim de 3.5 en cada un d'ells. A final de curs es farà un darrer examen final per tal de que els estudiants puguin aprovar o millorar la seva qualificació. Per presentar-se a aquest examen final, cal que els estudiants es presentin als dos examens parcials. En cas de que no presentació als dos parcials, l'estudiant serà qualifica amb "no avaluable". Es requereix una qualificació mínima de 4,5 en aquest apartat per tal de fer la ponderació amb els apartats b) i c).
b) Es proposarà un treball de disseny d'un micro-nanosistema que l'estudiant haurà de treballar en grup i presentar en forma de poster al finalitzar l'assignatura. El pes d'aquest treball serà del 20%. Activitat obligatòria i no recuperable.
c) Les pràctiques, que són obligatòries, tindran un pes final del 30%. L'avaluació de les mateixes es farà amb dos informes escrits realitzats pels estudiants en els que es detallaran els resultats experimentals de les pràctiques, valorant-en especialment la interpretació i discussió dels resultats en comparació amb els esperats teòricament i/o simulats. . Activitat obligatòria i no recuperable.
Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
---|---|---|---|---|
Avaluació de les pràctiques | 30% | 2 | 0,08 | 2, 4, 5, 6, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 32, 33, 34 |
Entrega treball de disseny d'un Micro/nanosistema | 20% | 4 | 0,16 | 1, 3, 5, 6, 7, 10, 11, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 25, 27, 28, 29, 30, 32, 33 |
Examens parcials escrits (2) | 25% cada parcial | 6 | 0,24 | 6, 7, 8, 9, 10, 11, 15, 16, 17, 18, 19, 22, 23, 25, 27, 28, 29, 31 |
Analysis and design principles of MEMS devices. Minhang, Bao. ISBN: 978-0-444-51616-9, (2005), eBook
Understanding MEMS : Principles and Applications, Luis Castañer, Willey, ISBN: 978-1-119-05542-6 (2015), eBook
-MEMS Mechanical Sensors (Artech House microelectromechanical systems (MEMS) series), Steve Beeby et al. ISBN: 978-1-58053-536-6 (2004), eBook
Handbook of Nanotechnology. B. Bhushan. Springer-Verlag, (2004).
- Microsystems Design. S.D. Senturia. Kluwer Academic Publishers (2001).
- Sensors. Vol.7. Mechanical Sensors. W. Göpel, J. Hesse, J.N. Zemel. Wiley-VCH.
- Sensors (Update). Vol.4. H. Baltes, W. Göpel, J. Hesse. Wiley-VCH.
- D. Sarid. Scanning Force Microscopy. Oxford University Press, (1991).
- RF MEMS. Theory, design and technology. G.M. Rebeiz. John Wiley and Sons (2003).
- Practical MEMS. Ville Kaajakari. Small Gear Publishing. ISBN: 978-0-9822991-0-4(2009).
- Handbook of Transducers. Harry N. Norton. Ed. Prentice-Hall. Englewood Cliffs, NJ, 1989.
- Semiconductor Sensors, S.M. Sze editor, Ed. John Wiley & Sons, New York, 1994
- Sensor Materials, P.T.Moseley and A.J. Crocker, Ed. Institute of Physiscs Publishing (IOP), London 1996
- Sensor technology and devices, L. Ristic editor, Ed. Artech House, Boston 1994
- Microsensors, Principles and Applications, J.W. Gardner, Ed. John Wiley &sons, Chichester, 1994
- Sensors and Tranducers, M.J. Usher and D.A. Keating,Ed. Macmillan, London, Second Edition 1996
Elmer, programari que permet simulacions amb elements finits, http://www.elmerfem.org/blog/documentation/
Salome, programari disseny dels sistemes per a ser analitzats amb el software Elmer d'elements finits, https://www.salome-platform.org/
Pspice, programari per a la simulació elèctrica, https://www.orcad.com/pspice-free-trial