Требования к результатам освоения содержания дисциплины. Утверждаю Проректор по учебно-методической работе ___Газизов Р.К. “____”__20. г

Кафедра Физики

 

 

Утверждаю Проректор по учебно-методической работе ___________________________Газизов Р.К.   “____”______________20.… г

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Физико-химические основы нанотехнологий»

Направление подготовки

152200 «Наноинженерия»

^{(код и наименование направления подготовки)}

 

Профиль подготовки

Инженерные нанотехнологии в машиностроении

^{(наименование профиля подготовки)}

 

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

 

 

Форма обучения

очная

 

 

Уфа 2013

 

 

Рабочая программа дисциплины «Физико-химические основы нанотехнологий» /сост. А.К. Емалетдинова, д.ф.-м.н., проф. – Уфа: УГАТУ, 2013. - 13 с.

 

 

Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины базовой части профессионального цикла студентам очной формы обучения по направлению подготовки 152200 Наноинженерияв 5 семестре.

Рабочая программа составлена с учетом Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 152200 Наноинженерия, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от "16" ноября 2010 г. № 1158.

 

Составитель ____________________ А.К. Емалетдинов

25.04.2013 г. ^{(подпись)}

 

 

	ã Емалетдинов А.К., 2013 ã УГАТУ, 2013

 

 

Содержание

1 Цели и задачи освоения дисциплины………………….......................................4

2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО.......……………..............................4

3 Требования к результатам освоения содержания дисциплины..........................4

4 Содержание и структура дисциплины (модуля)....……....……..........................5

4.1 Содержание разделов дисциплины....................................................................5

4.2 Структура дисциплины.......................................................................................7

4.3 Практические занятия (семинары)....…….......………………………............7 4.4 Лабораторные работы......……………………………………….....................8

4.5 Самостоятельное изучение разделов дисциплины…………......…...............8 4.6 Курсовой проект (курсовая работа).................................................................8

5 Образовательные технологии...............................................................................9

5.1 Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных занятиях..............................................................................................................9

6 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации............................................................................................................10

7 Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)..............................10

7.1 Основная литература……………......………….......………………................10

7.2 Дополнительная литература…………….....………………………………… 11

7.3 Интернет-ресурсы..............................................................................................11

7.4 Методические указания к лабораторным занятиям......................................11

7.5 Программное обеспечение современных информационно- коммуникационных технологий.....................................................................11

8 Материально-техническое обеспечение дисциплины………………….........11

Лист согласования рабочей программы дисциплины…..…………………........13

Цели и задачи освоения дисциплины

Цели освоения дисциплины – формирование систематизированных знаний основных понятий, законов и методов основных физико-химических процессов, лежащих в основе различных методов нанотехнологии. Формирование навыков проведения термодинамических и кинетических расчетов физико-химических процессов и умений их использования в нанотехнике и нанотехнологиях.

Задачи:

· Изучить основные физико-химические процессы, лежащие в основе различных методов нанотехнологии; протекающие в туннельной и атомно-силовой микроскопии.

· Научиться использовать физико-химические процессы для производства нанообъектов с заданными характеристиками.

 

Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Дисциплина относится к дисциплинам базовой части учебного цикла – Б3 Профессиональный цикл. Предшествующими курсами, на которых непосредственно базируется дисциплина «Физико-химические основы нанотехнологий» являются:

· Физика»;

· Химия;

· Математика;

· Физика конденсированного состояния.

Вместе с тем курс «Физико-химические основы нанотехнологий» является основополагающим для изучения дисциплин:

· Технологические системы в нанотехнологиях;

· Методы диагностики в нанотехнологиях;

· Процессы на поверхности раздела фаз;

· Дисциплин по выбору;

· При дипломном проектировании.

Требования к результатам освоения содержания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по направлению подготовки 152200 -Наноинженерия:

а) общекультурных (ОК):

· владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

· умением логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

· умением критически оценивать свои достоинства и недостатки, наметить пути и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-6);

· владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

· способностью организовать собственную работу на научной основе, оценить с большой степенью самостоятельности результаты своей деятельности (ОК-14).

б) профессиональных (ПК):

· использованием основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применением методов математического анализа и экспериментального исследования (ПК-1);

· осознанием сущности и значения информации в развитии современного общества; способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ПК-2);

· владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ПК-3);

· способностью в составе коллектива исполнителей участвовать в эксплуатации и техническом обслуживании технологических систем, используемых при производстве наноматериалов, изделий на их основе, контроле качества оборудования (ПК-16);

· организационно-управленческая деятельность: способностью составлять частное техническое задание, управлять небольшой группой и оказывать помощь равным по квалификации и подчиненным, готов нести ответственность за результат собственных

· действий и (или) группы сотрудников на конкретном участке деятельности (ПК-17).

 

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать:

· термодинамику поверхности, процессы на поверхности и в приповерхностных слоях,

· процессы реконструкции и релаксации поверхности в туннельной и атомно-силовой микроскопии,

· методы плазменной обработки поверхности и условия изменения и сохранения ее свойств.

Уметь:

· анализировать механизмы роста на поверхности, основы физической химии наносистем;

· решать уравнения и характеристики условий кинетики роста наночастиц в наносистемах.

Владеть:

· методами расчета особенностей поверхностных процессов в микро- и наноструктурах, размерных эффектов и фазовых переходов;

· навыками работы с современными аппаратными средствами формирования наноструктур.

Приобрести опыт деятельности:

· работы с нормативной и технической документацией;

· работы с оборудованием для исследования физико-химических процессов нанотехнологий.

Содержание и структура дисциплины (модуля)

Содержание разделов дисциплины

Таблица 1 – Содержание разделов и формы текущего контроля

№ раздела	Наименование раздела	Содержание раздела	Форма текущ. контроля
	Введение. Основные понятия.	Задачи и цель дисциплины. Терминология. Критические технологии 21 века. Национальные программы. История развития нанотехнологий. Элементы нанотехнологии.Классификация нанотехнологий (НТ) и наноматериалов (НМ). Характеристика индустрии наносистем: нанотехнолоrии, наноматериалы, нанодиаrностики, наносистемотехники. Основные методы получения наносистем.
	Поверхностные явления и межатомные процессы	Роль механических, электромагнитных взаимодействий в нанотехнологиях. Межатомное, молекулярное взаимодействие и когезионная энергия твердых тел. Поверхность, границы, морфология наноматериалов. Термодинамика поверхности, поверхностная энергия. Границы зерен в наноструктуированных материалах. Поверхностное натяжение. Физико-химия процессов адсорбции и десорбции. Изменение характера адсорбции и десорбции при переходе частиц в наноразмерную область.	выполнение письменного задания (ВПЗ)
	Термодинамика явлений в наносистемах	Особенности термодинамических свойств наносред. Соотношение площади поверхности и массы нанообъектов. Изменение фазовых равновесий в наноразмерных системах. Особенности фазовых и полиморфных превращений в наносистемах. Изменение фазовых диаграмм наноматериалов.	ВПЗ защита лабораторных работ (ЗЛР)
	Кинетика процессов в наноразмерных системах	Зависимость параметров химической кинетики от размеров. Зависимость скорости реакции от размера частиц. Влияние размера наночастиц на температуру протекания реакции. Роль процессов диффузии. Объемная и поверхностная диффузия. Кинетические особенности химических процессов на поверхности наночастиц. Термодинамический подход к описанию влияния размерных факторов на сдвиг химического равновесия. Кинетика самоорганизации наноструктурных материалов. Процессы самосборки и катализа.	ВПЗ, ЗЛР
	Физико-химические основы формирования наноструктурированных материалов	Формирования наноструктур по механизму «снизу – вверх». Термодинамические аспекты гомогенного зародышеобразования. Расчет критического размера и изменения свободной энергии зародышей разной формы. Термодинамические аспекты гетерогенного зародышеобразования на поверхности кристалла. Кинетика гетерогенного зародышеобразования. Формирования наноструктур по механизму «сверху – вниз». Основные методы получения наносистем. синтез, молекулярно-пучковая эпитаксия, метод Ленrмюра-­Блоджетт, золь-rель ­технолоrии, плазмохимические и ионно-лучевые технолоrии.	ВПЗ, ЗЛР
	Физические основы наномеханики.	Наномеханика. Особенности физических законов механики нанообъектов. Общая характеристика наноструктурного состояния. Классические и квантовые размерные эффекты. Движение и управление атомами и молекулами на наноуровне, механические свойства наноансамблей и нанотехнологии. Процессы под иглой спектрального туннельного микроскопа (СТМ) и атомного силового микроскопа (АСМ).	ВПЗ
	Формирование наноструктурированных областей при различных воздействиях на материалы.	Плазменные и электронно-лучевые процессы в нанотехнологиях.Закономерности образования зародышей и кластерообразования и формирование наноструктур в плазме. Формирование, особенности строения и формы наноструктурированных областей при энергетических воздействиях на поверхность. Агрегирование, упорядочение, самоорганизация наноразмерных структур. Физика перехода неупорядоченных систем в наноструктурированное состояние. Механизмы и закономерности деструкции поверхности при механическом и электронно-лучевом воздействии. Перспективные направления развития нанотехнологий и их использование в промышленности.	ВПЗ

Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц (144 часов)

Таблица 2 – Трудоемкость дисциплины по видам работ

Вид работы	Трудоемкость, часов
5 семестр	Всего
Общая трудоемкость
Аудиторная работа:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа:
Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР)	-	-
Расчетно - графическое задание (РГЗ)	-	-
Реферат (Р)	-	-
Эссе (Э)	-	-
Самостоятельное изучение разделов
Контрольная работа (К)	-	-
Самоподготовка (проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.),
Подготовка и сдача экзамена
Подготовка и сдача зачета	-	-
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	экзамен	экзамен

 

Практические занятия

Таблица 3 – Наименование практических занятий

№ занятия	№ раздела	Тема	Кол-во часов
		Термодинамика поверхности, поверхностная энергия. Границы зерен в наноструктуированных материалах.
		Особенности фазовых и полиморфных превращений в наносистемах. Изменение фазовых диаграмм наноматериалов.
		Зависимость скорости реакции от размера частиц. Кинетика самоорганизации наноструктурных материалов. Процессы самосборки и катализа.
		Кинетика гетерогенного зародышеобразования. Формирования наноструктур по механизму «сверху – вниз». Основные методы получения наносистем
		Классические и квантовые размерные эффекты. Процессы под иглой спектрального туннельного микроскопа (СТМ) и атомного силового микроскопа (АСМ).
		Закономерности образования зародышей и кластерообразования и формирование наноструктур в плазме. Формирование, особенности строения и формы наноструктурированных областей при энергетических воздействиях на поверхность.
		Агрегирование, упорядочение, самоорганизация наноразмерных структур. Механизмы и закономерности деструкции поверхности при механическом и электронно-лучевом воздействии.

Лабораторные работы

№ ЛР	№ раздела	Наименование лабораторных работ	Кол-во часов
		Исследование изменения фазовых диаграмм наноматериалов
		Исследование структуры и параметров нанопокрытия при плазменном напылении
		Исследование кинетики самоорганизации наноструктурных материалов при большой пластической деформации
		Исследование процесса формирования наноструктур по механизму «снизу – вверх»