Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Кафедра Физики
Утверждаю Проректор по учебно-методической работе ___________________________Газизов Р.К. “____”______________20.… г |
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 Наноинженерия в 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)
Емалетдинов А.К., 2013 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 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:
Дисциплина относится к дисциплинам базовой части учебного цикла Б3 Профессиональный цикл. Предшествующими курсами, на которых непосредственно базируется дисциплина «Физико-химические основы нанотехнологий» являются:
Вместе с тем курс «Физико-химические основы нанотехнологий» является основополагающим для изучения дисциплин:
3. 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):
б) профессиональных (ПК):
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
Уметь:
Владеть:
Приобрести опыт деятельности:
4. Содержание и структура дисциплины (модуля)
4.1 Содержание разделов дисциплины
Таблица 1 Содержание разделов и формы текущего контроля
№ раздела |
Наименование |
Содержание раздела |
Форма текущ. |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
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. |
|
2 |
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) |
3 |
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) |
4 |
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 |
5 |
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 |
6 |
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 |
7 |
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 |
4.2 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 |
144 |
144 |
Аудиторная работа: |
48 |
48 |
Лекции (Л) |
18 |
18 |
Практические занятия (ПЗ) |
14 |
14 |
Лабораторные работы (ЛР) |
16 |
16 |
Самостоятельная работа: |
60 |
60 |
Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР) |
- |
- |
Расчетно - графическое задание (РГЗ) |
- |
- |
Реферат (Р) |
- |
- |
Эссе (Э) |
- |
- |
Самостоятельное изучение разделов |
10 |
10 |
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.), |
50 |
50 |
Подготовка и сдача экзамена |
36 |
36 |
Подготовка и сдача зачета |
- |
- |
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) |
экзамен |
экзамен |
4.3 Практические занятия
Таблица 3 Наименование практических занятий
№ занятия |
№ раздела |
Тема |
Кол-во часов |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
Термодинамика поверхности, поверхностная энергия. Границы зерен в наноструктуированных материалах. |
2 |
2 |
3 |
Особенности фазовых и полиморфных превращений в наносистемах. Изменение фазовых диаграмм наноматериалов. |
2 |
3 |
4 |
Зависимость скорости реакции от размера частиц. Кинетика самоорганизации наноструктурных материалов. Процессы самосборки и катализа. |
2 |
4 |
5 |
Кинетика гетерогенного зародышеобразования. Формирования наноструктур по механизму «сверху вниз». Основные методы получения наносистем |
2 |
5 |
6 |
Классические и квантовые размерные эффекты. Процессы под иглой спектрального туннельного микроскопа (СТМ) и атомного силового микроскопа (АСМ). |
2 |
6 |
7 |
Закономерности образования зародышей и кластерообразования и формирование наноструктур в плазме. Формирование, особенности строения и формы наноструктурированных областей при энергетических воздействиях на поверхность. |
2 |
7 |
7 |
Агрегирование, упорядочение, самоорганизация наноразмерных структур. Механизмы и закономерности деструкции поверхности при механическом и электронно-лучевом воздействии. |
2 |
4.4 Лабораторные работы
№ ЛР |
№ раздела |
Наименование лабораторных работ |
Кол-во часов |
1 |
3 |
Исследование изменения фазовых диаграмм наноматериалов |
4 |
2 |
4 |
Исследование структуры и параметров нанопокрытия при плазменном напылении |
4 |
3 |
5 |
Исследование кинетики самоорганизации наноструктурных материалов при большой пластической деформации |
4 |
4 |
5 |
Исследование процесса формирования наноструктур по механизму «снизу вверх» |
4 |
4.5 Самостоятельное изучение разделов дисциплины
Таблица 5 Вопросы, выносимые на самостоятельное изучение студентами
№ раздела |
Вопросы, выносимые на самостоятельное изучение |
Кол-во часов |
1 |
2 |
3 |
1 |
Характеристика индустрии наносистем: нанотехнолоrии, наноматериалы, нанодиаrностики, наносистемотехники. |
2 |
2 |
Поверхность, границы, морфология наноматериалов. Термодинамика поверхности, поверхностная энергия. |
2 |
3 |
Соотношение площади поверхности и массы нанообъектов. |
2 |
4 |
Роль процессов диффузии. Объемная и поверхностная диффузия. |
2 |
5 |
Расчет критического размера и изменения свободной энергии зародышей разной формы. |
2 |
Итого: |
10 |
4.6 Курсовой проект (курсовая работа)
Учебным планом курсовой работы не предусмотрено.
5 Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 152200 Наноинженерия (квалификация (степень) "бакалавр") реализация компетентностного подхода должна предусматривать широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий, в том числе:
При проведении лекционных занятий можно использовать следующие образовательные технологии: классическая и проблемная лекция, лекция-визуализация.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, определяется главной целью программы, особенностью контингента обучающихся и содержанием конкретных дисциплин, и в целом в учебном процессе они должны составлять не менее 30% аудиторных занятий (определяется требованиями ФГОС с учетом специфики ООП),
В рамках учебных курсов должны быть предусмотрены встречи с представителями российских зарубежных компаний, государственных и общественных организаций, мастер классы экспертов и специалистов.
В табличной форме приводится перечень интерактивных образовательных технологий по видам аудиторных занятий и их объем в часах).
5.2. Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных занятиях
Таблица 6 Распределение интерактивных технологий по видам занятий
Семестр |
Вид занятия (Л, ПЗ, ЛР) |
Используемые интерактивные образовательные технологии |
Количество часов |
5 |
Л |
Проблемная, визуализация |
18 |
ПЗ |
Разработка моделей, кейс-технология проблемное обучение, тренинг. |
14 |
|
ЛР |
Работа в команде, обучение на основе лабораторного опыта, опережающая самостоятельная работа по изучению нового материала |
16 |
|
Итого: |
48 |
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Оценка освоения дисциплины проводится в форме текущего, рубежного контроля и промежуточной аттестации студентов. В УМК дисциплины приводятся фонды оценочных средств, включающие контрольные вопросы по дисциплине, задания на домашние работы.
Таблица форм текущего, рубежного и промежуточного контроля освоения дисциплины.
№ п/п |
Вид контроля |
Форма контроля |
Фонды оценочных средств |
Место размещения |
1 |
Текущий контроль |
Выполнение домашних заданий |
Комплект заданий по теме |
УМК по дисциплине |
2 |
Рубежный контроль |
Защита лабораторных работ |
Форма отчета по лабораторной работе, тестирование по теме |
УМК по дисциплине. МУ по выполнению лабораторных работ |
3 |
Итоговый контроль по дисциплине |
Экзамен |
Вопросы к экзамену |
УМК по дисциплине |
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
7.1. Основная литература
1. Суздалев, И. П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И. П. Суздалев . Изд. 2-е, испр. Москва : URSS : [ЛИБРОКОМ], 2009 . 592 с.
2. Валиев, Р. З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р. З. Валиев, И. В. Александров . М. : Логос, 2000 . 272 с.
3. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы : учебное пособие для вузов / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля . М. : Академия, 2005 . 192 с.
4. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев . М. : Физматлит, 2005 . 411 с.
5. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев . Изд. 2-е., испр. М. : Физматлит, 2007 . 415с.
6. Солнцев, Ю. П. Нанотехнологии и специальные материалы / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин ; под ред. Ю. П. Солнцева . СПб : Химиздат, 2007 . 172с.
7. Старостин, В. В. . Материалы и методы нанотехнологии : учебное пособие / В. В. Старостин . М. : Бином. Лаборатория знаний, 2008 . 431 с.
8. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев . 2-е изд., испр. Москва : Физматлит, 2009 . 416 с.
9. Пул, Ч. Нанотехнологии / Ч. Пул, Ф. Оуэнс ; пер. с англ. под ред. Ю. И. Головина . 3-е изд., доп. М. : Техносфера, 2007 . 375 с.
10. Неволин, В. К. Зондовые нанотехнологии в электронике / В. К. Неволин . М. : Техносфера, 2005 . 148 с.
11. Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю. А. Чаплыгина . М. : Техносфера, 2005 . 448 с.
12. Рамбиди, Н. Г. Нанотехнологии и молекулярные компьютеры / Н. Г. Рамбиди . М. : Физматлит, 2007 . 256 с.
13. Фостер, Л. Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности / Л. Фостер ; пер. с англ. А. Хачояна . М. : Техносфера, 2008 . 352 с.
14. Пул, Ч. Нанотехнологии : учебное пособие / Ч. Пул, Ф. Оуэнс ; пер. с англ. Ю. И. Головина . 2-е изд., доп. М. : Техносфера, 2005 . 336 с.
15. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника : мировые достижения - 2008 год : сборник / под ред. П. П. Мальцева . М. : Техносфера, 2008 . 430 с.
7.2 Дополнительная литература
16. Мартинес-Дуарт, Дж. М. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники / Дж. М. Мартинес-Дуарт, Р. Дж. Мартин-Палма, Ф. Агулло-Руеда ; под ред. Е. Б. Якимов; пер. с англ А. В. Хачояна . М. : Техносфера, 2007 . 367 с.
17. Нанотехнологии. Азбука для всех / Н. С. Абрамчук [и др.] ; под ред. Ю. Д. Третьякова . М. : ФИЗМАТЛИТ, 2008 . 367 с.
18. Пул - мл., Ч. Нанотехнологии / Ч. Пул - мл., Ф. Оуэнс ; пер. с англ. под ред. Ю. И. Головина . Изд. 5-е, испр. и доп. Москва : Техносфера, 2010 . 330 с.
19. Нанотехнологии : азбука для всех / Н. С. Абрамчук [и др.] ; под ред. Ю. Д. Третьякова . 2-е изд. испр. и доп. Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2010 . 367,с.
20. Нанотехнологии в производстве авиационных газотурбинных двигателей летательных аппаратов ("ГТДнанотехнологии-2010) : материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи / РОСНАНО; Рыбинск : РГАТА имени П. А. Соловьева, 2010 . 140 с.
21. Ковнеристый, Ю. К. Объемно-аморфизирующиеся металлические сплавы и наноструктурные материалы на их основе / Ю. К. Ковнеристый // Металловедение и термическая обработка металлов . 2005 . N 7 . С. 14-16.
22. Альтман, Ю. Военные нанотехнологии. Возможности применения и превентивного контроля вооружений / Ю. Альтман ; пер. с англ. А. В. Хачояна . М. : Техносфера, 2006 . 424 с
На сайте библиотеки УГАТУ http://library.ugatu.ac.ru/ в разделе «Информационные ресурсы», подраздел «Доступ к БД» размещены ссылки на интернет-ресурсы.
7.4 Программное обеспечение современных информационно-коммуникационных технологий
Лабораторные работы проводятся с использованием лицензионного программного обеспечения табличного процессора MS Excel, математических пакетов Mathcad 2001 Professional (MathSoft, Inc) и MATLAB+Simulink (MathWorks Inc), текстового процессора MS Word.
Электронные учебно-методические издания размещены на сайте: www.ugatu.ac.ru/библиотека.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Выполнение лабораторных работ производится в специализированных лабораториях механических испытаний, электричества, магнетизма, оптики, имеющих основные установки и стенды, дисплейный класс:
1. Виртуальные компьютерные лабораторные работы по физическим и химическим законам процессов нанотехнологий.
2. Приборы и установки для ионно-плазменной модификации материалов.
3. Приборы и установки для проведения калориметрии наноматериалов.
4. IBM совместимые персональные компьютеры (класса Pentium - IV), объединенных в локальную сеть, с установленными на них операционными системами Windows ХР.
3.2.2. Программа моделирования лабораторных работ Phys_lab.
ЛИСТ
согласования рабочей программы
Направление подготовки: 152200 - Наноинженерия
код и наименование
Дисциплина: Физико-химические основы нанотехнологий
Форма обучения: очная
Учебный год 2013/2014
РЕКОМЕНДОВАНА заседанием кафедры физики
наименование кафедры
протокол № ________от "___" __________ 2013 г.
Ответственный исполнитель, заведующий кафедрой
физики____________________________ _И.В. Александров__________________
наименование кафедры подпись расшифровка подписи дата
Исполнитель:
Профессор каф. физики__________________А.К. Емалетдинов__________________
должность подпись расшифровка подписи дата
СОГЛАСОВАНО: Заведующий кафедрой __физики____________________И.В. Александров________ наименование кафедры личная подпись расшифровка подписи дата Председатель НМС по направлению подготовки 152200 - Наноинженерия ____________ Р.З. Валиев_____________ шифр наименование личная подпись расшифровка подписи дата Директор библиотеки ____________________________________________________С.Ф. Мустафина________________ личная подпись расшифровка подписи дата Декан факультета АТС Ю.В. Поликарпов личная подпись расшифровка подписи дата |
Рабочая программа зарегистрирована в отделе УМР и внесена в электронную базу данных
Начальник ОУМР ___________________________Ю.О. Уразбахтина_________________
личная подпись расшифровка подписи