Projektkurs i teknisk fysik, CDIO, 12 hp

Huvudområde

Utbildningsnivå

Fördjupningsnivå

Kursen ges för

• Masterprogram i Materials Science and Nanotechnology
• Civilingenjör i medicinsk teknik
• Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell
• Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik

Särskild information

Entreprenörskapsdelen överlappar med andra CDIO-kurser och poäng kan ej räknas flera gånger i examen.

Förkunskapskrav

OBS! Tillträdeskrav för icke programstudenter omfattar vanligen också tillträdeskrav för programmet och ev. tröskelkrav för progression inom programmet, eller motsvarande.

Rekommenderade förkunskaper

Fysikkunskaper motsvarande de obligatoriska kurserna på Y-, MED- eller MSN-programmet. Ytterligare förkunskaper kan krävas beroende på vilket projekt som väljs. För projektet Design, tillverkning och test av ett sensorsystem rekommenderas kurserna Halvledarteknik, Halvledarfysik, Ytfysik, Materiefysik, Sensorteknik, Kemiska sensorsystem. För projektet Beräkningsfysik rekommenderas Termodynamik och statistisk mekanik, Kvantmekanik, Materiefysik samt solida programmeringskunskaper. Tonvikten är på allmänna algoritmer, så inget specifikt programspråk erfordras.

Lärandemål

Målet för kursen är att på ett tvärvetenskapligt och integrerat sätt ge studenterna en inblick i den verkliga ingenjörsvärlden genom ett projekt inom teknisk fysik, som kan gälla utveckling av en praktisk produkt eller en simuleringsprogramvara. Efter kursen ska studenten ha utökat sitt ingenjörskunnande och sina färdigheter som relaterar till det aktuella projektet, samt fått förståelse för arbetets teknologiska och strategiska värde. Efter kursen ska studenterna också ha kunskaper i projektledning (kopplat till användningen av LIPS), så att studenterna ska kunna arbeta tillsammans i projekt i en miljö lik den i industrin.

Projektarbetet ska genomföras på ett industriellt professionellt sätt vilket ska utveckla och befästa deltagarnas kompetenser så att studenten efter slutförd kurs ska kunna:

• analysera och strukturera problem
• söka upp och tillägna sig kompletterande kunskaper
• skriva och följa upp projekt- och tidplan
• medverka aktivt till en väl fungerande projektgrupp
• tillämpa kunskaper från tidigare kurser
• ta initiativ och finna kreativa lösningar
• redovisa resultat muntligt och skriftligt.

Resultatet av projektarbetet ska:

• hålla hög teknisk kvalité och baseras på moderna kunskaper och metoder inom teknisk fysik
• dokumenteras i form av projekt- och tidplan samt i form av en teknisk rapport
• presenteras muntligt
• följas upp i en efterstudie.

Kursens syfte är också att studenterna ska tillgodogöra sig kunskaper och förmågor inom entreprenörskapsområdet med tyngdpunkt på affärsplanering för nya verksamheter. Efter kursen ska studenten: 

• kunna redogöra för modeller som beskriver vad som krävs för att en ny verksamhet ska ha en stabil grund för sin vidare utveckling samt ha förmåga att bedöma verksamheters utvecklingsnivå med utgångspunkt i sådana modeller; samt
• kunna redogöra för vilken information och vilka analyser som krävs för att värdera ett utvecklingsprojekt ur ett affärsmässigt perspektiv samt ha förmåga att samla in och analysera relevant information i detta syfte.  

Kursinnehåll

Projektkursen fungerar som ett paraply för olika projekt, som ger studenten möjlighet att applicera kunskaper inom teknisk fysik på avancerade tillämpningar av industriell relevans. För närvarande erbjuds följande två projekt i kursen:

(i) Design, tillverkning och test av ett sensorsystem. Den aktuella sensorn kommer att vara en typ av sensor som har högt teknologiskt och kommersiellt värde och som används t.ex. som gassensor för höga temperaturer för att upptäcka föroreningar i bilavgaser eller i rökgaser från värmepannor. Under ca 10 föreläsningar lär sig studenterna arbetets bakgrund och arbetsmetoder, och får grundläggande kunskaper nödvändiga för projektarbetet, inklusive
1. fysik hos halvledare med stort bandgap,
2. komponentfysik och processteknologi,
3. tunnfilmsteknik,
4. sensorfysik, mekanismer som används för detektion, t.ex. katalytiska ytreaktioner, etc.
Projektet inleds sedan med en generell undersökning för att förstå forskningsbakgrunden, tekniska och sociala krav, samt vilka nya innovationer som krävs hos sensorn i det aktuella sensorsystemet:
1. Studenterna designar komponenten och processningen samt hittar t.ex. lämpliga material för sensorns känselskikt.
2. De deltar i materialkarakterisering och komponentframställning, samt montering av sensorerna.
3. De karakteriserar sensorerna genom mätningar av sensorfunktion och prestanda hos sensorerna.
4. Slutligen ska studenterna ge en allmän diskussion om användbarheten av sensorerna i en riktig applikation såsom styrning av förbränningen i bilavgaser eller i rökgaserna från en villapanna.

(ii) Beräkningsfysik. Teori och praktiskt handhavande av datorsimuleringar på system med många partiklar behandlas och tillämpas på studier inom materialvetenskap, med tonvikt på molekyldynamik. Projektet inleds med ca 16h föreläsningar som ger en översikt över de principer inom den statistiska mekaniken som ligger till grund för datorsimuleringar, samt introducerar simuleringsteknikerna Monte Carlo (MC) och molekyl-dynamik (MD). Därefter diskuteras MC integration, Metropolis algoritmen, integrering av rörelseekvationerna för mångpartikelsystem inom MD, Verlet-algoritmer och kraftberäkningar, samt simuleringar i olika statistiska ensembler. Föreläsningarna kompletteras med praktiska övningar, där studenterna lär sig att använda MD-tekniken med en hands-on approach. Specifika tekniker för analys och visualisering introduceras och används under kursens gång, med tonvikt på tillämpningar för praktiska lösningar på material-relaterade problem.
I projektet skriver och hanterar studenterna sitt eget MD programvaruverktyg. Efter att ha sammanfogat, kompilerat och testat sin kod, ska studenterna med sitt program beräkna ett antal specifika bulk- och ytegenskaper för ett visst material, såsom kohesiv energi, gitterkonstant, specifik värme, ytformationsenergier, etc. Studenterna presenterar sina resultat, dvs en beskrivning av MD-koden och analys av de beräknade materialegenskaperna, i skriftlig och muntlig form.

Undervisnings- och arbetsformer

Före kursstart väljer studenten ett av de erbjudna projekten. Varje projekt har en separat examinator. Ett antal projektspecifika föreläsningar och/eller laborationer i början av kursen ger studenterna grunden för respektive projektarbete. Antalet studenter i projektgrupperna kommer att vara minst fyra. Varje projektgrupp tilldelas en handledare som stödjer gruppen i projektarbetet. Projektets inriktning diskuteras fram och en kravspecifikation förhandlas fram med beställaren. Innan projektarbetet påbörjas ska projektgruppen också ta fram en projekt- och tidplan för sitt projekt. Kursen följer ”Conceive Design Implement Operate (CDIO) - programmet vid LiU och projektmodellen ”Linköping Interactive Project Steering (LIPS)” används. Kursen pågår hela höstterminen.

Examination

Betygsskala

Övrig information

Om undervisningsspråk

Undervisningsspråk visas på respektive kurstillfälle på fliken "Översikt".

• Observera att även om undervisningsspråk är svenska kan delar av kursen ges på engelska.
• Om undervisningsspråk är Svenska/Engelska kan kursen i sin helhet ges på engelska vid behov.
• Om undervisningsspråk är Engelska ges kursen i sin helhet på engelska. 

Övrigt

Kursen bedrivs på ett sådant sätt att både mäns och kvinnors erfarenhet och kunskaper synliggörs och utvecklas.

Planering och genomförande av kurs skall utgå från kursplanens formuleringar. Den kursvärdering som ingår i kursen skall därför genomföras med kursplanen som utgångspunkt. 

Institution

Studierektor eller motsvarande

Examinator

Kurshemsida och andra länkar

Undervisningstid

Kurslitteratur

Böcker

• Allen, M. P., Tildesley, D. J., (1989) Computer simulation of liquids Oxford : Clarendon, 1989.
  ISBN: 0198556454
  För projektet Beräkningsfysik.   
• Svensson, T., Krysander, C., (2011) Projektmodellen LIPS Lund : Studentlitteratur, 2011.
  ISBN: 9789144075259
  För båda projekten.

Artiklar

• D’Amico A., Di Natale C., Sarro P. M., Ingredients for sensors science Sensors and Actuators B 207 (2015) s.1060-1068.
  För projektet Design, tillverkning och test av ett sensorsystem.

Webbsidor

• The CDIO Initiative http://www.cdio.org

Övrigt

• Övrig rekommenderad läsning för projektet Design, tillverkning och test av ett sensorsystem:

  Bokkapitel, artiklar och annat läsmaterial som kommer att föreslås under hela projektkursen, samt läsning om konstruktiv feedback.