Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов»



Скачать 183,27 Kb.
Дата01.06.2015
Размер183,27 Kb.
ТипПрограмма дисциплины

Министерство образования и науки Российской

Федерации


Федеральное государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Мордовский государственный университет им Н.П.Огарёва»

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета

электронной техники, профессор И.В.Гуляев



« » 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Рекомендуется для направления подготовки

210100 «Электроника и наноэлектроника»

по профилю «Микроэлектроника и твердотельная электроника»


Квалификация (степень) выпускника

бакалавр

Рабочая программа составлена на основании ФГОС ВПО направления утверждённого

Минобрнауки РФ 22 декабря 2009 г. (рег. №799)
Составитель рабочей программы: А.И. Сурайкин, к.т.н., доцент кафедры микроэлектроники

Заведующий кафедрой микроэлектроники

доцент В. К. Ионычев

Председатель УМК факультета

электронной техники, доцент А. В. Мускатиньев

2011 г



  1. Цели и задачи учебной дисциплины:

Целью преподавания дисциплины «Физическая химия наноструктурированных материалов» является формирование фундаментальных знаний в области физико-химических процессов, протекающих в наноразмерных стркутурах разработки материалов и их применение для решения практических задач в области технологии получения наноструктурированных материалов.
Задачи дисциплины:

- обучение студентов по всем разделам физической химии наноструктурированных материалов;

- овладение фундаментальными понятиями, законами и их следствиями, применяемыми в физической химии наноструктурированных материалов;

- овладение навыками в проведении физико-химических процессов при получении наноструктурированных материалов;

- выработка у студентов навыков самостоятельной учебной деятельности, развитие у них интереса к дальнейшей познавательной деятельности;

- стремление студентов к изучению и применению новых компьютерных технологий. Кроме того, целью и задачами преподавания дисциплины являются ознакомление студентов с российскими национальными и международными стандартами в области физической химии наноструктурированных материалов.


1.1 Целями освоения учебной дисциплины (модуля) «Физическая химия наноструктурированных материалов» являются:

Получение:

Представления об основных закономерностях физической химии и о применении этих закономерностей к наноструктурированным материалам.

Знаний основных законов физической химии.

Умений применять их к наноструктурированным материалам

Опыта использования и применения физико-химических процессов в производстве и исследовании наноструктурированных материалов



    1. Задачи изучения дисциплины.

Получение знаний о состоянии и перспективных направлениях развития физической химии нанокластеров, наноструктур, наноматериалов и формирование опыта для анализа и управления свойствами наноструктурированных материалов.

В процессе изучения дисциплины используются лекционные материалы, демонстрационные фотографии. Для проведения расчетов используются ПК.



2. Место учебной дисциплины в структуре ООП:

В структуре основных образовательных программ (ООП) дисциплина «Физическая химия наноструктурированных материалов» относится к профессиональному циклу (Б.3) и базируется на знаниях, полученных студентами при изучении таких дисциплин как «Высшая математика», «Общая физика», «Общая химия», «Физика твёрдого тела», «Квантовая механика»


3. Требования к результатам освоения дисциплины:

    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

- способностью к обобщению, анализу, восприятию, информации, постановки цели и выбору путей ее достижения (ОК-6);

- способностью к письменной и устной коммуникации на государственном языке: умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, готовностью использовать одного из иностранных языков (ОК-2);

- готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);

- готовностью приобретать новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ПК-4);

- готовностью к самостоятельной индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ПК-5);

- способностью владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК-12)

- готовностью к публичным выступлениям, ведению дискуссии и полемики (ОК-1);

- способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ПК-3).





    Профессиональные компетенции.

    - способность и готовность использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики;

    - способность применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

    - способность и готовность анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт;

    - готовность использовать информационные технологии в своей предметной области;

    - способность использовать методы анализа и моделирования физико-химических процессов в наноразмерных структурах;

    - способность рассчитывать термодинамические режимы неравновесных процессов получения наноструктурированных материалов;

    - способность использовать технические средства для расчёта и измерения основных физико-химических параметров наноразменрных структур;



В результате освоения дисциплины студент должен

знать:

Основные физико–химические закономерности, определяющие свойства наноструктурированных материалов и процессов их получения;

Термодинамический, кинетический и квантовомеханический методы анализа и их применение при получении наноструктурированных материалов;

основные положения физической химии нанокластеров и наноструктур и их применение для управления свойствами наноструктурированных материалов.


Уметь: проводить термодинамические и кинетические расчеты условий получения наноструктурированных материалов с заданными свойствами;

    Владеть: методами физико-химических расчётов наноструктурированных материалов, математическим моделированием нанокластеров, основными компьютерными программами математического моделирования, сведениями о физико-химических процессах, применяемых при получении наноструктурированных материалов.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид* учебной работы

Всего часов

Семестры

5










Аудиторные занятия (всего)

36













В том числе:

-

-

-

-

-

Лекции

18

5










Практические занятия (ПЗ)

-













Семинары (С)

-













Лабораторные работы (ЛР)

18

5










Самостоятельная работа (всего)

36

5










В том числе:

-

-

-

-

-

Курсовой проект (работа)

-

-

-

-

-

Расчетно-графические работы

-

-

-

-

-

Реферат

-

-

-

-

-

Другие виды самостоятельной работы

-

-

-

-

-

Вид текущего контроля успеваемости

-

-

-

-

-

Вид промежуточной аттестации (зачет)




5










Общая трудоемкость час

зач. ед.


72













2















5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

Введение. Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур. Методы исследования

Молекулярные кластеры. Твердотельные нанокластеры и наноструктуры. Тонкие наноструктурированные плёнки. Углеродные нанотрубки. Дифракция электронов. Сканирующая зондовая микроскопия. Электронная спектроскопия.

2

Строение молекул. Поверхность твёрдых тел. Микроскопические аспекты

Элементы теории строения молекул. Атомные и молекулярные орбитали. Энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность. Эмиссионный спектральный анализ. УФ-спектроскопия. Электронные и рентгеновские методы анализа, их применение для контроля микроструктуры поверхности. Молекулярные спектры и ИК-спектроскопия. Поверхность монокристаллов и нанокластеров.

3

Термодинамические аспекты поверхности. Применение законов термодинамики к химическим процессам в наноструктурах

Химический потенциал. Свободная энергия Гиббса и Гельмгольца. Термодинамика поверхности и поверхностей раздела. Структура поверхности и межфазных границ. Нуклеация и рост кластеров на основе твердотельных реакций. Критерии направленности процессов и условия равновесия в системах.

4

Кластерные модели

Микроскопическая модель внутрикластерной атомной динамики. Термодинамическая модель кластера. Квантово-статистическая модель. Компьютерные модели кластеров. Фрактальные модели кластеров. Оболочечные модели кластера. Структурная модель кластеров.

5

Молекулярные лигандные кластеры. Безлигандные металлические кластеры. Углеродные кластеры. Фуллериты и углеродные нанотрубки

Молекулярные кластеры металлов. Кластеры на основе оксидов металлов. Кластеры щелочных металлов и серебра. Кластеры алюминия. Малые углеродные кластеры. Фуллерены. Фуллериты. Углеродные нанотрубки. Наноустройства.

6

Поверхностные явления и адсорбция. Методы обработки и очистки поверхности в технологии получения наноструктурированных материалов

Понятие об адсорбции газов и паров. Физическая и химическая адсорбция. Термодинамика процессов на поверхности и приповерхностных слоях. Энергетические взаимодействия в поверхностных слоях. Реконструкция и релаксация в поверхностных системах. Изотермы адсорбции. Мономолекулярная и потенциальная теории адсорбции. Влияние неоднородности поверхности и энергетики кристаллов на адсорбцию. Поверхностная активность. Зародышеобразование и самоорганизация в наноразмерных упорядоченных структурах. Механическая обработка, шлифовка и полировка в технологии. Задача обработки поверхности и сохранение ее свойств. Химико-механическая полировка. Процессы очистки в технологии. Использование методов нанотехнологии в обработке поверхности.

7

Твердотельные нанокластеры и наноструктуры. Тонкие плёнки. Механические и тепловые свойства. Оптические, электронные и магнитные свойства наноструктур

Формирование твердотельных нанокластеров. Структурные особенности твердотельных наноструктур. Механические свойства нанокластеров и наноструктур. Тепловые свойства наноструктур. Тонкие плёнки. Оптические свойства наносистем. Электропроводимость наноструктур. Суперпарамагнетизм.



5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами


№ п/п

Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Процессы микро- и нанотехнологий

+

+

+

+

+

+

+

+

2

Наноэлектроника

-

+

+

+

+

+

+

+



5.3 Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.


Лаб.

зан.


Семин.

зан.


СРС

Все-го

час.


1

Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур. Методы исследования

2

-


-

-

4

6

2

Строение молекул. Поверхность твёрдых тел. Микроскопические аспекты

4

-

2


-

4

10


3

Термодинамические аспекты поверхности. Применение законов термодинамики к химическим процессам в наноструктурах

2

-

2


-

4

8


4

Кластерные модели

2

-

4


-

6


12

5

Молекулярные лигандные кластеры. Безлигандные металлические кластеры. Углеродные кластеры. Фуллериты и углеродные нанотрубки

2

-


4


-

6

12


6

Поверхностные явления и адсорбция. Методы обработки и очистки поверхности в технологии получения наноструктурированных материалов

4

-

4




6


14

7

Твердотельные нанокластеры и наноструктуры. Тонкие плёнки. Механические и тепловые свойства. Оптические, электронные и магнитные свойства наноструктур

2


-


2

-

6


10




Всего:

18

-

18

-

36

72


6. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)


1

Строение молекул. Поверхность твёрдых тел. Микроскопические аспекты

Строение кристаллов

Симметрия кристаллов



2

2

Термодинамические аспекты поверхности. Применение законов термодинамики к хими-ческим процессам в наноструктурах

Дефекты кристаллических структур и методика определения их параметров в монокристаллах кремния. Процессы травления монокристаллического кремния

2

3

Кластерные модели

Математическое моделирование нанокластеров

4


4

Молекулярные лигандные кластеры. Безлигандные металлические кластеры. Углеродные кластеры. Фуллериты и углеродные нанотрубки

Исследование особенностей строения молекулярных кластеров

4

5

Поверхностные явления и адсорбция. Методы обработки и очистки поверхности в технологии получения наноструктури-рованных материалов

Кинетика процессов на поверхности полупроводникового материала

4

6

Твердотельные наноклас-теры и наноструктуры. Тонкие плёнки. Механические и тепловые свойства. Оптические, электронные и магнитные свойства наноструктур

Исследование поверхности полупроводниковых пластин с тонкими оксидными плёнками

2



7. Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной дисциплины:

а) основная литература:

1 Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур, наноматериалов.– М.: КомКнига, 2006. 592 с.

2 Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.- 416 с.

3 Кабаяси Н. Введение в нанотехнологию.- М.: Бином, 2005.

4 Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия: Учебник для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 2001.

5 Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 1999.

6 Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика. Кн. 2. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ: Учеб. для вузов/К.С. Краснов, Н.К. Воробьев, Н.Н. Годнев и др., под ред. К.С. Краснова – 3-е изд. испр. М.: Высшая школа, 2001.

7 Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. – М.: Высшая школа, 1982.

8 Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. 3-е изд. – М.: Госхимиздат, 1975.

9 Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Технология материалов электронной техники. Теория процессов полупроводниковой технологии. –М.: МИСИС, 1995.



б) дополнительная литература:

1 Погосов В.В. Введение в физику зарядовых и размерных эффектов. Поверхность, кластеры, низкоразмерные системы.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.- 328 с.

2 Нанотехнологии в электронике. Под ред. Чаплыгина Ю.А.– М.: Техносфера, 2005.- 448 с.

3 Ланно М., Бургуэн Ж. Точечные дефекты в полупроводниках. Теория. – М.: Мир, 1984.

4 Ковтуненко П.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами. –М.: Высшая школа, 1993.

5 Булярский С.В., Фистуль В.И. Термодинамика и кинетика взаимодействующих дефектов в полупроводниках. – М.: Наука, 1997.



в) программное и коммуникационное обеспечение

1. Электронные учебники по курсу: «Физическая химия наноструктурированных материалов».

2. Описание лабораторных работ в соответствии с п.6 лабораторного практикума.

3. Компьютерные программы для выполнения компьютерного моделирования.

4. Программа решения дифференциальных уравнений в частных производных flexpde 6.0.X (бесплатная студенческая версия) – www.pdesolutions.com.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Материально-техническое обеспечение дисциплины «Физическая химия наноструктурированных материалов» состоит из лаборатории для фронтального выполнения лабораторных работ, включающего оборудования для проведения физико-химических экспериментов и оборудования для проведения исследований.



9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Лекционные занятия

Лекции следует проводить как в традиционной форме, так и с применением демонстрационного материала, включая и материалы собственных исследований лектора в объеме дисциплины. Материал изложенный на лекции рекомендуется изучать в тот же день сначала по конспекту лекции, а затем по учебнику. Рекомендуется студентам внимательно прочитать материал по теме предстоящей лекции. Это активирует мышление, повышает интерес и улучшает усвоение.


Лабораторный практикум

Целью лабораторных работ является приобретение навыков проведения физико-химических экспериментов и исследований, изучение свойств наноструктурированных материалов. Закрепление теоретического материала.



Предлагается так же провести по предложению студента одну инициативную работу в соответствии с программой.

Разработчики:

ГОУВПО «МГУ им. Н.П.Огарева», к.т.н., доц. А.И. Сурайкин
Эксперты:

ОАО «Орбита»

Начальник опытно-конструкторского бюро В.В. Кузьмин
ЗАО НПК «Электровыпрямитель»

Зав. лабораторией моделирования, к.ф.-м.н., доц. Б.П. Сурин

Похожие:

Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconРабочая программа дисциплины химия (Неорганическая химия, Органическая химия)
Целью освоения дисциплины «Химия» является формирование знаний теоретических основ химии и свойств химических элементов, соединений...
Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПрограмма дисциплины «Материаловедение наноструктурированных материалов»

Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПрограмма дисциплины «Материаловедение наноструктурированных материалов»

Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПрограмма дисциплины «Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем»

Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconРабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии
Неорганическая химия, 02. 00. 02 Аналитическая химия, 02. 00. 03 Органическая химия, 02. 00. 04 Физическая химия и студентов старших...
Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПримерная программа дисциплины физико-химия неорганических материалов
Научить методам физико-химического анализа металлов и неметаллических материалов, строить физико-химические модели процессов взаимодействия...
Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПрограмма по дисциплине «Физическая химия» по профилю подготовки научно-педагогических кадров
Программа предназначена для подготовки к вступительному экзамену в аспирантуру по профилю подготовки научно-педагогических кадров...
Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПрограммно-методическое обеспечение предмета «Химия» (8-9 классы)
Примерная программа основного общего образования по химии. // Т. Б. Васильева, И. Н. Иванова Химия. Естествознание. Содержание образования:...
Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconI. Физическая химия. Введение
Предмет физической химии и общая характеристика ее основных разделов
Программа дисциплины «физическая химия наноструктурированных материалов» iconПрограмма вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Физическая химия Омск 2015
Составитель программы: Голованова О. А., доктор геолого-минералогических наук, профессор
Разместите кнопку на своём сайте:
docs.likenul.com


База данных защищена авторским правом ©docs.likenul.com 2015
обратиться к администрации
docs.likenul.com