11.12.2012.

1

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Sastavljanje mikroskopa ovisi onačinu rada: optički klasični ilis računalom. Ako se želigledati mikroskopom, onda sepostavlja Barlowa leća i okular(postoje 2 u standardnompriboru, sa 5x i 16xpovećanjem). Ako se želimikroskop spojiti na računaloumjesto Barlowe leće i okularastavlja se PC-okular, koji imaugrađenu USB kameru. Prijeupotrebe računala potrebno jeprema uputama instaliratiprogramski paket za upotrebuPC-okulara.

Montiranje mikroskopa

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Kao primjer za prikazmogućnosti i rada soptičkim mikroskopomuzet će se mikroskopiz laboratorija: Bresseroptički mikroskopBIOLUX AL 20X-1280X. Sličnemogućnost i izgledvrijedi i za ostalemikroskope, asoftverske varijacije suisto minimalne.

Važniji dijelovi

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

U datom modelu postoje tri ugrađena objektiva: 4x, 10x i40x. S obzirom na kombinaciju objektiva, okulara iBarlowe leće, pojačanja koja se mogu postići su data utablici:

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Opcije softvera:a) izbornik podešenja,b) izbornik uvećanja

11.12.2012.

2

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Kao što je vidljivo iz prethodnog slide-a mikroskopi imajumnoge opcije podešenja. Tako se npr. daje mogućnostdigitalnog uvećanja slike i promjene točke uzorka koja sepromatra (strelice lijevo-desno, gore-dolje). Takođerpostoje opcije za primjenu različitih filterskih mogućnosti,koje je moguće ostvariti različitim softverima za obradbuslike. Zanimljiva je opcija kompenzacije utjecajapozadinskog osvjetljenja na prikaz na ekranu (engl. saslike Backlamp Comp.) ili opcija prilagođenja slabojosvjetljenosti uzorka (engl. sa slike Low Light).

Neki rezultati rada s mikroskopom mogu se vidjeti nasljedećim slikama.

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Fotografija u boji: sastoji se od 3 komponente namikroskopskoj razini

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Važno je napomenut da većepovećanje ne znači i boljusliku. Što se tičepromatranja degradacijeelektroničkih komponentiobjektiv s 4x i 10 x jedovoljan, a mnogezanimljive pojave se i nemogu vidjeti s 40x. Što setiče okulara, dovoljan je 5x.To znači da je povećanje od40x do 100x dovoljno zaprimjene u elektrotehnici, alii strojarstvu na razinisvakodnevne upotrebe. Tose ne odnosi na mikro inanotehnologiju.

Mikroskopska građa drva

11.12.2012.

3

VJEŽBA 1: PROMATRANJE MATERIJALA OPTIČKIM MIKROSKOPOM

Praktični zadatak:

1. S pomoću mikroskopa i priključka naračunalo snimiti različite materijale inapravite usporedbu vodiča, poluvodiča iizolatora s obzirom na mikroskopskustrukturu.

2. Pokušati prepoznati zamor materijala

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

Se.La.Vi. (SciEntific LAb for VIsualization) je softver za oslikavanjeznanstvenih podataka s mogućnošću animacije.

Se.La.Vi. je orijentiran prema CFD-u (Computational fluid dynamics),što znači da je osmišljen kako bi oslikao podatke dobijenenumeričkim simulacijama i koje opisuju pojave toka. Se.La.Vi. možetakođer uspješno oslikati i podatke iz drugih područja znanosti.Se.La.Vi. je tzv. freeware.

Uporabom Se.La.VI. može se oslikati:• 2D i 3D podatke• ustaljene i neustaljene podatke• strukturirane podatke: n*m mreže, n*m(n) mreže• nestrukturirane podatke: fiksne linije (x1,x2), fiksne trokute

(x1,x2,x3) , fiksne pravokutnike(x1,x2,x3,x4)• distribuirane podatke (Iso contours)

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

Home page Se.La.Vi.-a je:http://www.fluid.mech.ntua.gr/selavi.Download stranica: http://www.fluid.mech.ntua.gr/selavi

/downloadTu se može dobiti najnovija verzija programa, neke

primjene, pomoć i komunicirati s timom koji ga razvija.Također se nalaze multimedijske prezentacije i neke od

bitmapa, videa i VMRL svjetova dobivenih sa Se.La.Vi.

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

Može se stvarati:• bitmape i nizove bitmapa koje mogu stvoriti animacije i video• VRML svjetove• Se.La.Vi. Može oslikati podatke napisane u ASCI datotekama bez

specifičnog formata. Ove ASCI datoteke se insertiraju u bibliotekeobjekata, kao File Objects. Biblioteke (library) mogu sadržati File i Dataobjekte. Data Objects su povezani s File Objects i čitaju se, rukuje se snjima i konačno vizuelizira njihov sadržaj. Mnogi podatkovni objektimogu se povezati s File objektima. Biblioteka može sadržati punoobjekata. Svaki objekt je odgovoran za područje File objekta. Ovopodručje može biti statičko, npr. u obliku jednog znaka od 1 do 1567 ilidinamički, npr. od znakova 1+1567*frame do 67+1567*frame (frame =0,1,2,3,..) a da bi se kreirala animacija. Se.La.Vi. Stvara takođeranimacije iz statičkih podataka pokretanjem ili rotiranjem.

Podatkovni objekti čitaju samo brojeve iz sadržaja Datoteknog objekta iignoriraju komentare.

11.12.2012.

4

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

Svi brojevi koji nisu nula su izrazi ("0.1234E+02" , "-2345" , "234.78"), aoni koji su nula prikazani su u formatu: "0" , ".0" , "+0.00E+5" , "-0.000E2" itd.

Izrazi kao "NTIME = 45" , "A34" , "Second Part" su uzeti kao komentarii ostatak linije se ignorira.

Brojevi se odvajaju razmacima (spaces), tabularima (tabs), zarezima(commas) ili svim spomenutim. Svaki datotekni objekt imaseparatorsko svojstvo koje definira karakter separacije između 2broja.

Ako se ostave prazne linije između podataka (što nije neophodno)pomoći će se podatkovnom objektu koji čita podatke da razumijemrežne dimenzije i geometriju.

Npr. ako se piše u 2D, mreža od 521*62 u ASCI datoteci, s točkastimbrojačem i koeficijentom distribucije tlaka, napisat će se 521*62 =32303 [counter,x,y,Cp] vektora koji znače 32303*4 = 129298brojeva. ASCI datoteka će izgledati kao:

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

1 , 0.100 , 1.564 , -.452 , 0.340 , 1.123 , -.49. ..... ..... ..... ..... ..... ....129298 , 0.453 , 1.345 , -.42

U slučaju da se želi postaviti skup podatkovnih objekata sa 62 sekcije, ako seostavi prazna linija svakih 521 vektor ili 521*4 = 2084 brojeva, ASCI datotekaće izgledati ovako:

1 , 0.100 , 1.564 , -.452 , 0.340 , 1.123 , -.49. ..... ..... ..... ..... ..... ....521 , 0.453 , 1.345 , -.42[blank line]522 , 0.100 , 1.564 , -.45523 , 0.120 , 1.264 , -.43. ..... ..... ..... ..... ..... ....

u nastavku:1042 , 0.234 , 1.234 , -3.8[blank line]1043 , 0.230 , 1.374 , -2.41044 , 0.250 , 1.464 , -2.4. ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ....129298 , 0.453 , 1.345 , -.42

U ovom slučaju Data Object će automatski postaviti broj sekcija na 62. Potrebno jeostaviti prazne linije između mrežnih sekcija samo ako nije jednak broj brojeva usekciji. Da bi oslikali mrežu N*M(N) dimenzija, mora se odvojiti sekcije (N) s praznimlinijama. Data Objects koji se očitavaju kao nestrukturirani podaci ignoriraju ignorirajubrojeve sekcija.

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

• in

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI

11.12.2012.

5

VJEŽBA 2: PROGRAM ZA OSLIKAVANJE ZNANSTVENIH PODATAKA – SE.LA.VI: pokretanje animacije u demo podacima

VJEŽBA 2: Primjeri Sustav ubrizgavanja goriva kod motora s unutrašnjim izgaranjem.

Primjer je CFD simulacije, nakon koje slijedi metodologija konačnogvolumena. U simulaciji se koristi Lagrangianova aproksimacija, tj.diskretna kapljična metoda (DDM).

VJEŽBA 2: Primjeri

3d tok oko propelera u otvorenoj vodi. Tok je modeliran s uporabommetode čestičnog vrtloga (engl. vortex particle method), gdje jesvaka lopatica vrtloga predstavljena kao pomoična površina.

VJEŽBA 2: Primjeri Vjetroturbina, interakcija lopatica. Lopatica i stup se modeliraju kao

tanke pomične površine.

11.12.2012.

6

VJEŽBA 2: Primjeri

Nestalno laminarno strujanje brazde iza cilindra. Ovdje se proceduraoslikavanja koncentrira na konture vrtloga u brazdi iza cilindratijekom jednog perioda ove nestacionarne pojave.

Funkcije Se.LA.ViBiblioteka objekata (Library of Objects), Preglednik datoteka (File

Viewer) i svojstava objekata (Properties of objects)

Library of Objects

Koristi se 'Add New File Object' ikonica da se doda ASCI datotekakoju se želi oslikati. Pritisne se 'Add New Data Object' za stvaranjenovih podatkovnih objekata. Se.La.Vi.-jev wizard će pomoći kreiratilink između podatkovnih objakata i datoteknih objekata.

Funkcije Se.LA.ViUporaba File Viewer kako bi se definiralo područje datoteke na koji se odnosi

Data Object. Ako se Data Object odnosi na više od jedne slike (frames) ilivemenskog koraka (time steps) uvijek se definira područje prve slike. Tadaje Data Object spreman za čitanje i manipuliranje sadržajem datoteke.Geometrija:

Funkcije Se.LA.Vi

11.12.2012.

7

Funkcije Se.LA.Vi Funkcije Se.LA.Vi

Vježba 2

Zadatak:Instalirati program i obaviti vizualizaciju

prema želji.

Vježba 2

11.12.2012.

8

Vježba 2 Vježba 2

Vježba 2 Vježba 2

11.12.2012.

9

Vježba 2

• File close.• Izabrati novi demo.• itd dok se svi ne odrade.• Izabrati exit• Kraj rada

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

MW platforma je sustav koji nije samo alat za pregledavanje MWstranica, nego uključuje i sljedeće module:

• Izgrađivanje modela u 2D i 3D okružju.

• Tekstualni editor za XML hipertekst.• Izrada korisničkog grafičkog sučelja za izgrađene modele.• Sustav za praćenje i procjenu studentskog učenja.

• Web usluge za autore, studente i nastavnike.• Mogućnost proširenja: sposobnost uključivanja drugih

simulacija preko applet-a/plug-in-ova.

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Svi moduli su integrirani s jednostavnim korisničkim sučeljem. Dio zaodabir služi kao sustav dostave koji donosi materijale (kreiraneuporabom MW) na web ili disk. Relativna jednostavnost pomaže uosiguranju krajnjih produkata, koji su interaktivni, bazirani nasimulaciji i jednostavni za korištenje onima koji uče.

MW sustav je sposoban podržavati bilo koji tip simulacije prekomehanizma plug-in, uz ugrađene 2D i 3D simulacije molekularnedinamike. Činjenica da plug-in može biti Java aplet omogućuje dase uključe razni tipovi simulacija.

Kada se starta program, dobiva se:

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

11.12.2012.

10

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Depozicija atomskog sloja: virtuelni eksperiment

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Kemijska depozicija isparavanjem (CVD) je kemijski proces depozicijetankog filma od različitih materijala na površini čvrste podloge izizvora plinovitih molekula (engl. se još nazivaju precursors). CVDtehnologija se široko koristi u industriji za proizvodnju poluvodičkihnaprava.

Ovoj simulaciji se simulira tehnika depozicije atomskog sloja (ALD),koja je CVD proces u kojem su dva komplementarna materijala.Al(CH3)3 i H2O se alternativno uvode u rekacijsku komoru. Tipičnoje da se jedan materijal absorbira u površinu podloge (substrata).Absorbcija se odvija do zasićenja površine. Daljnji rast ne može sepostići dok se drugi materijal ne uvede. Stoga je debljinom filmamoguće upravljati ciklusnim izmjenama materijala koji se deponirana podlogu isto kao i kod klasičnog CVD-a. U teoriji, ALD dopuštaekstremno precizno upravljnje debljinom filma i njegovomkompaktnošću.

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Cilj vježbe je dobiti rast u obliku sendviča od tankog filma, npr.ABABABABAB...., gdje su A i B dva virtualna materijala obilježenaplavim i purpornim česticama.

Eksperimentalna procedura:

1. Pritisnite "Run“, a onda "Add precursor A" da bi se ubacio prvimaterijal. Da bi se dodalo dovoljno materijala, potrebno je kliknutinekoliko puta.

2. Materijal A će se absorbirati u podlogu. Pričekajte dok se ne oformimonosloj. Po potrebi dodajte materijala A.

3. Kada je monosloj oformljen, pritsnite "Exhaust extra precursors"kako bi se komora očistila od materijala A koji nije absorbiran. Popotrebi kliknite još koji put.

4. Pritisnite "Add precursor B" da bi dodali materijal tipa B. Ponovitekorake 2 i 3 da bi dobili savršeni monosloj materijala B.

11.12.2012.

11

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

5. Izmjenom slojeva od ova dva tipa materijala, dobija se sendvičstruktura, koja može imati više tankih slojeva. Simulacija će seusporavati kako sloj tankog filma raste. To je stoga što treba viševremena da se izračuna kretanje više atoma, a ne da sustav postajehladniji. Temperatura sustava je određena pritiskanjem strelic naslideru desno.

6. Kada napravite savršen sendvič, startaje iznova simulaciju, ali ovajput pokušajte proizvesti nesavršenosti. Pokušajte podesititemperaturu tako da se dobija bolja kvaliteta tankog filma.

7. Dok radite ovaj eksperiment pritisnite "Snapshot" kada god zaželite.Kada završite eksperiment kliknite “create a report”.

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

NanocamU strojarstvu cam je mehanizam za

konvertiranje rotacijskog gibanjatočka u recipročno linearno gibanjena cesti (gibanje sljednika). Kotačse obično naziva cam profilom. Imaoblik koji nije savršeno okrugao, ato određuje gibanje sljednika. Moželi se konstruirati cam koji radi namolekularnoj razini?

Makroskopski cams može ovisiti ogravitaciji kako bi održavao kontaktizmeđu sljednika i kruga. Namolekularnoj razini vjerojatnije je daće se trebati primjeniti jako elektičnopolje kako bi se ta dva dijela držalau dodiru.

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

NanobudNanoBud je novootkriveni materijal koji kombinira ugljikove

nanocjevčice s fulerenima kada su fulereni kovalentno vezani zavanjske zidove podvlačeće nanocjevčice. Iz templeta birajte različitekristale i usporedite rezultate.

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Elektrostatičko samosastavljanje: proizvodnja monosloja

Znanstvenici tek počinju iskorištavati prednosti samosastvljanja kako binapravili nove stvari na molekularnoj razini. To je dionanotehnologije, novo područje, koje jednog dana može dovesti doizuma tankih molekularnih strojeva koji mogu raditi nevjerojatnestvari, kao patrolirati krvotokom i uništavati viruse ili čistiti toksinemolekulu po molekulu. Korisna stvar koja se već radi je samo-sastavljanje monosloja. Monosloj je list debljine točno jednemolekule. Materijali se različito ponašaju u monoslojevima i imajuinteresantna svojstva, kao povećanu vodljivost ili fleksibilnost. Ovajmodel pokazuje žute molekule koje se sastavljaju u monosloj nazelenoj površini. Radite na ovom modelu s neutralnim i + i –nabijenim zelenim atomima. Zabilježite razlike.

11.12.2012.

12

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Trkaće auto napravljeno od nanocjevčica

Za razliku od buckyball nanoauta, ovajmodel je potpuna fantazija – nitko dosada nije izvjestio da je sintetiziraopojedinačno molekularno vozilo kaoovo. Kemičari odmah mogu istaknutida osi imaju duge veze koje su fizičkinemoguće. Ovaj nanoauto može bitiviše mehanički stabilan od buckyball,jer kotači nalikuju onima kod autakakve vozimo na makroskopskojrazini. Nanocjevčice se garantiranorotiraju oko samo jedne osi. Ima većukontaktnu površinu (zbog veće sileza okretanje kotača).

Vježba 3: Molecular Workbench – simulacija u nanotehnologiji

Samosastavljajuća kristalna struktura

Ovaj model sadrži 2 jednostavnaoblika: trokuti pozitivnonabijeni na sve tri strane ikvadrati negativno nabijeni sdvije strane. Ovi oblici sesamosastavljaju u složenustrukture. Ustanovite startajućimodel što rade strukure. Kakvabi se struktura dobila da sukvadrati nabije i na jednoj ili tristrane? Što bi bilo da su trokutinabjeni na samo 2 strane? Štobi bilo da se koriste drugioblici?

11.12.2012.

13

Vježba 3

Napraviti sve zadatke iz MWB i izvješća izprograma prema uputama.

Web-stranica:http://mw2.concord.org/public/index.cml

VJEŽBA 4: CFD softver - demoSymscape:

Computational FluidDynamics Softwarefor All

Izbor fluida za hlađenjeelektroničkih napravamože imati dubokiučinak na izgled i natroškove rada.Interesantna novastrategija hlađenja jeutapanje cijelogkompjutera umineralno uljeumjesto hlađenjazrakom.

VJEŽBA 4: CFD softver - demo VJEŽBA 4: CFD softver - demo

CFD analiza jahte za jedrenje zanimljiva je primjena upomorstvu. Takva jahta je dobar primjeraerodinamičkog prometala koje potpuno ovisi o vjetruza propulziju. Tamo gdje je aerodinamika, uvijek sejavlja i CFD. CFD je primarna alatka u optimizacijiaerodinamičkih karakteristika. Ovo je osobito bitno kodjedrilica/jahti koje služe za natjecanja, npr. naAmerica's Cup. Uštede u proračunu za takvo natjecanjemogu se postići s CFD analizom s Google SketchUp iCaedium Professional.

11.12.2012.

14

VJEŽBA 4: CFD softver - demo VJEŽBA 4: CFD softver - demoKyosho Mini-ZRC modelracecars. Ako seželi ispitatiučinakaerodinamike nakarkateristikeauta, korist seCFD. Ovaanalizanapravljena je sCaediumProfessional sfree 30-day trialverzijom.

VJEŽBA 4: CFD softver - demoSolarni paleni su čvrstogagregacijskog stanja.Nemaju pokretnih dijelovaniti fluida. Pa ipak, CFDmože imati ulogu. Naime,pod fluidom se možepodrazumijevati rijekuelektrona koja teče izpoluvodiča. S CFD-om semože provjeriti da li sucrijepovi, koji drže panelena mjestu, dovoljno jaki. Ilida li je krov dovoljno jakda se nosi s vjetrom kojiudara po solarnimpanelima.

VJEŽBA 4: CFD softver - demo

Formula 1

11.12.2012.

15

VJEŽBA 4: CFD softver - demo

Zadatak:Instalirati free verziju i napraviti CFD po želji.