IDENTIFYING DATA 2013_14
Subject (*) NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY Code 20705103
Study programme
Nanoscience, Materials and Processes: Chemical Technology at the Frontier
Cycle 2nd
Descriptors Credits Type Year Period
5 Compulsory First Only annual
Language
Anglès
Department Chemical Engineering
Analytical Chemistry and Organic Chemistry
Physical and Inorganic Chemistry
Coordinator
RIUS FERRÚS, FRANCISCO JAVIER
E-mail f.diaz@urv.cat
fxavier.rius@urv.cat
ciara.osullivan@urv.cat
Lecturers
DÍAZ GONZÁLEZ, FRANCISCO MANUEL
RIUS FERRÚS, FRANCISCO JAVIER
O'SULLIVAN ., CIARA
Web
General description and relevant information L'objectiu general de l'assignatura és introduir els conceptes bàsics de la Nanociència i Nanotecnologia. S'introdueixen els principis científics que expliquen l'aparició de les noves propietats que mostren les nanoestructures i els nanomaterials. S'estudien els processos de disseny i obtenció de nanoestructures, la seva fabricació, processament i modificació. Es descriuen també les principals tècniques de caracterització dels materials nanoestructurats desenvolupats i les diferents propietats físiques i bioquímiques a escala nanoscòpica i les principals aplicacions dels materials i sistemes nanoestructurats en el camp de la ciència i l'enginyeria (medicina, energia, catàlisi, teixits, disseny de producte i procés de vida). Finalment s'exposa l'impacte social de la Nanotecnologia i les perspectives de futur.

Competences
Type A Code Competences Specific
 A1 A1.1. Successfully studying and learning about the chosen research ambit: evaluating the technical and scientific importance, the technological potential and the viability of the nanoscience, design, preparation, properties, processes, developments, techniques and applications of materials.
 A5 A1.5. Formulate, develop and apply materials, products and mechanisms that use nanostructures.
 A8 A2.2. Critically evaluating the results of research in the field of nanotechnology, materials and products and process design.
 A9 A2.3. Evaluating the legal, economic and financial aspects of applying research results in the fields of nanoscience, materials and chemical technology to industry.
 A10 A2.4 Developing awareness in environmental and social issues related to nanoscience, materials and the general field of chemical technology.
Type B Code Competences Transversal
 B15 B4.1. Continuously learning.
 B16 B4.2 Learning autonomously and by using initiative.
 B17 B5.1. Working autonomously whilst remaining responsible and using initiative, in a research and innovative context.
 B18 B5.2. Solving complex problems in new environments and in innovative and multidisciplinary contexts.
 B19 B5.3. Applying critical, logical and creative thought in a research and innovative context.
Type C Code Competences Nuclear
 C1 Have an intermediate mastery of a foreign language, preferably English
 C3 Be able to manage information and knowledge

Learning outcomes
Type A Code Learning outcomes
 A1 A1.1 Understand and identify the methods for fabricating, processing, stabilising and functionalising materials.
A1.1 Can formulate general knowledge about the leading materials in the field of nanotechnology.
A1.1 Understand the physical principles that give rise to the properties related to the size of nanostructures.
 A5 A1.5 Can design and manufacture products that contain nanostructures as the differential elements of their composition.
 A8 A2.2 Can formulate knowledge on the most important techniques for characterising nanostructures.
 A9 A2.3 Can advise on issues in nanoscience and legal, economic and financial engineering and apply research results in industry.
 A10 A2.4 Show that they have acquired an overview of the main fields in nanomaterials, with particular focus on those that currently have the greatest social impact: nanobiotechnology, nanomedicine, nanoelectronics, nanoenergy, among others.
Type B Code Learning outcomes
 B15 B4.1 Autonomously adopt the appropriate learning strategies in every situation.
B4.1 Set their own learning objectives.
 B16 B4.2 Ask the appropriate questions for solving doubts or open questions, and search for information with criteria.
B4.2 Select a procedure from among the possibilities suggested by the lecturer.
 B17 B5.1 Analyse their own limitations and potential for undertaking a particular task.
B5.1 Decide how to manage and organize the work and time required to carry out a task from the basis of a general plan.
B5.1 Decide how to manage and organize the work and time.
B5.1 Reflect on their learning process and learning needs.
 B18 B5.2 Direct the decision-making process in a participative manner.
B5.2 Can draw up strategies for solving problems.
B5.2 Can get support from others to guarantee the success of their decisions.
B5.2 Can provide alternative solutions to the same problem and assess possible risks and advantages.
B5.2 Select the information required to solve problems using objective criteria.
 B19 B5.3 Follow a logical method for identifying the causes of a problem.
Type C Code Learning outcomes
 C1 Express opinions on abstract or cultural topics in a limited fashion.
Explain and justify briefly their opinions and projects.
Understand instructions about classes or tasks assigned by the teaching staff.
Understand routine information and articles.
Understand the general meaning of texts that have non-routine information in a familiar subject area.
Write letters or take notes about foreseeable, familiar matters.
 C3 Locate and access information effectively and efficiently.
Critically evaluate information and its sources, and add it to their own knowledge base and system of values.
Have a full understanding of the economic, legal, social and ethical implications of accessing and using information.
Reflect on, review and evaluate the information management process.

Contents
Topic Sub-topic
Tema 1. Nanomaterials vs materials macroscòpics. Tècniques 'bottom-up' i 'top-down'. Tipus de nanoestructures: zero-dimensionals: nano-partícules, punts quàntics. Monodimensionals: Nanotubs, nanofils, nanoalambres. Bidimensionals: capes primes, capes autoacoblades, membranes nanoporoses, multicapes. Nanomaterials híbrids. Efectes de la nanoescala en les propietats (electròniques, magnètiques, quàntiques, catalítiques, ...) dels materials. Repercussions a processos d'enginyeria i disseny de productes.
Tema 2. Nanoquímica. Estructura molecular i energia. Fonaments dels efectes quàntics. Reactivitat. Química supramolecular. Naturalesa de les interaccions supramoleculars. Reconeixement molecular i receptors moleculars. Espintrònica: vàlvules d'espín. Electrònica molecular: semiconductors orgànics, interruptors moleculars i interconnectors.
Tema 3. Nanofísica: Nanoelectrònica. Dispositius nanoelectrònics semiconductors. Nanomecánica. Propietats mecàniques fonamentals: elàstiques, tèrmiques i cinètiques dels sistemes físics a escala nanomètrica. Nanotribología (fricció, desgast i contacte mecànic a la nanoescala). Sistemes nanoelectromecànics (NEMS). Nanofluídica. Nanodispositius. Nano-òptica: Detecció de llum en nanoestructures: SNOM. Òptica de pous i fils quàntics. Nanoestructures periòdiques.
Tema 4. Nanobiotecnologia i sistemes biològics nanoestructurats. Nanomanipulació: AFM i pinces òptiques. Micro i nanoarrays. Nanopartícules bio i dendrímers.
Tema 5. Tècniques de nanofabricació. Mètodes químics. Creixement de capes mitjançant mètodes físics. Tècniques de nanoestructuració top-down. Tècniques de nanoestructuració bottom-up. Tècniques de patronatge.
Tema 6. Tècniques de caracterització de nanomaterials. Espectroscopías. Microscòpies: electrònica, de proximitat i altres. Anàlisi de superfície. Tècniques complementàries.
Tema 7. Nanomaterials i energia. Catàlisi i reconeixement molecular: Enzims sintètiques (sinzimas), processos heterogenis. Nanomaterials per a bateries i supercondensadors. Piles de combustible. Cèl • lules solars.
Tema 8. Nanomaterials i medicina. Enginyeria de teixits: polímers funcionals, nanocomposites polímer / inorgànics, nanomaterials bioactius, esquelets nanoestructurats. Materials intel•ligents autoreparables. Disseny de productes per a una dosificació controlada, targeting terapèutic / implants / enginyeria metabòlica.
Tema 9. Aplicació de la Nanobiotecnologia al diagnòstic ia la teràpia. Teragnosis. Biosensors. Lab-on-a-xip. Millora del contrast en MRI. Subministrament de fàrmacs mitjançant nanopartícules i dendrímers. Trànsit intracel•lular.
Tema 10. Impacte social de la Nanotecnologia. Perspectives de futur. Biocompatibilitat i toxicitat. Medi ambient.

Planning
Methodologies  ::  Tests
  Competences (*) Class hours
Hours outside the classroom
(**) Total hours
Introductory activities
C1
1 0.5 1.5
Lecture
A1
A5
B17
20 20 40
Laboratory practicals
A8
A9
B19
C1
C3
25 30 55
Seminars
A10
B15
B16
3 12 15
Assignments
A1
A5
A8
A9
1 2 3
Presentations / expositions
B15
B16
B19
C1
1 2 3
Personal tuition
3 1.5 4.5
 
Mixed tests
A1
A5
A8
A9
1 2 3
 
(*) On e-learning, hours of virtual attendance of the teacher.
(**) The information in the planning table is for guidance only and does not take into account the heterogeneity of the students.

Methodologies
Methodologies
  Description
Introductory activities Activitats encaminades a prendre contacte i a recollir informació dels estudiants i presentació de l’assignatura.
Lecture Exposició dels continguts de l'assignatura.
Laboratory practicals Aplicar, a nivell pràctic, la teoria d’un àmbit de coneixement en un context determinat. Exercicis pràctics a través dels diferents laboratoris.
Seminars Treball en profunditat d'un tema (monogràfic). Ampliació i relació dels continguts donats a les sessions magistrals amb el quefer professional.
Assignments Treballs que realitza l'estudiant.
Presentations / expositions Exposició oral per part dels estudiants d'un tema concret o d'un treball (prèvia presentació escrita).
Personal tuition Temps que cada professor té reservat per atendre i resoldre dubtes als estudiants.

Personalized attention
Description
Dr. F. Xavier Rius Professor of Analytical Chemistry UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI Department of Analytical Chemistry and Organic Chemistry c/Marcel•lí Domingo s/n 43007 Tarragona SPAIN Tel. +34 977 559 562 Fax +34 977 558 446 http://www.quimica.urv.cat/quimio/nanosensors

Assessment
Methodologies Competences Description Weight        
Assignments
A1
A5
A8
A9
Treballs individual/s en grup 10-20%
Presentations / expositions
B15
B16
B19
C1
Exposició oral per part dels estudiants d'un tema concret o d'un treball (prèvia presentació escrita). 30-40%
Mixed tests
A1
A5
A8
A9
Es realitzaran proves mixtes per avaluar el nivell de competències assolides per l'alumne. Seran proves de desenvolupament o bé proves més curtes que poden ser de tipus test. 40-60%
Others  
 
Other comments and second exam session

A la segona convocatòria s'avaluaran les proves objectives tipus test. Les qualificacions obtingudes durant el curs sobre Treballs i presentacions es mantindran

Durant les proves avaluatives, els telèfons mòbils, tablets i altres aparells alectrònics que no siguin expressament autoritzats per la prova, han d'estar apagats i fora de la vista


Sources of information

Basic Charles P. Poole, Frank J. Owens Hoboken, Introduction to nanotechnology , Wiley , 2003
Geoffrey A. Ozin and André C. Arsenault , Nanochemistry: a chemical approach to nanomaterials , RSC Publishing, 2005
Christof M. Niemeyer and Chad A. Mirkin Weinheim (eds.) , Nanobiotechnology: concepts, applications and perspectives , Wiley-VCH, 2004
Barbara Karn et al. (eds.) , Nanotechnology and the environment: applications and implications , Oxford University Press, 2004
, Encyclopedia of nanoscience and nanotechnology , ,
Huck Wilhelm T. S., Nanoscale Assembly Techniques. , Springer-Verlag New York, LLC, 2005
Edward L. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology: An Introduction to Modern Concepts in Nanoscience , Wiley , 2004
Michael Kohler, Wolfgang Fritzsche, Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques, Wiley-VCH, 2004
Robert A. Freitas Jr., Nanomedicine, Vol. IIA: Biocompatibility , Landes Biosciences, 2003
Robert A. Freitas Jr. , Nanomedicine: Basic Capabilities, Vol. 1, Landes Biosciences , 1999

Complementary

Recommendations


(*)The teaching guide is the document in which the URV publishes the information about all its courses. It is a public document and cannot be modified. Only in exceptional cases can it be revised by the competent agent or duly revised so that it is in line with current legislation.