«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агенство по образованию Утверждаю: _ 200 г. Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки бакалавров ...»

Проект типового формата ПООП ВПО

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Утверждаю:

_

«»200 г.

Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки бакалавров Направление подготовки 210600 Нанотехнология Профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

Квалификация выпускника - бакалавр техники и технологии Санкт-Петербург - 2008 1. Общие положения 1.1. Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования (ПООП ВПО) по направлению подготовки по направлению подготовки 210600 Нанотехнология с профилем подготовки «Композитные наноматериалы» является системой учебно-методических документов, сформированной на основе существующих требований типового федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС ВПО) и рекомендуемой вузам для использования при разработке основных образовательных программ (ООП) 1 уровня высшего профессионального образования (бакалавр) по направлению подготовки 210600 Нанотехнология с профилем подготовки «Композитные наноматериалы» в части:

• выбора профиля подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематического направления ННС «Композитные наноматериалы»;

• компетентностно-квалификационной характеристики выпускника;

• содержания и организации образовательного процесса;

• ресурсного обеспечения реализации ООП;

• итоговой государственной аттестации выпускников.

1.2. Цель разработки ПООП ВПО по направлению подготовки Нанотехнология с профилем подготовки «Композитные наноматериалы».

Целью разработки примерной основной образовательной программы является методическое обеспечение реализации ФГОС ВПО по данному направлению подготовки и разработки высшим учебным заведением основной образовательной программы первого уровня ВПО (бакалавра) с присвоением квалификации «бакалавр техники и технологий») по профилю «Композитные наноматериалы».

1.3. Характеристика ПООП по направлению подготовки Нанотехнология.

1.3.1. Направление утверждено приказом Министерства образования Российской Федерации № 1922 от 23.04.2004 г.

1.3.2. Степень (квалификация) выпускника - бакалавр техники и технологии. Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки бакалавра по направлению “Нанотехнология” при очной форме обучения 4 года.

1.4. Профиль подготовки Профиль подготовки «Композитные наноматериалы» включен в перечень тематических направлений деятельности национальной нанотехнологической сети сформулированных в Федеральной целевой программе «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008—2010 годы», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 2 августа 2007 г. № 498::

наноэлектроника;

• наноинженерия;

• функциональные наноматериалы и высокочистые вещества;

• функциональные наноматериалы для энергетики;

• функциональные наноматериалы для космической техники;

нанобиотехнологии;

конструкционные наноматериалы;

композитные наноматериалы;

нанотехнологии для систем безопасности.

выпускника по направлению подготовки 210600 Нанотехнология (профиль подготовки «Композитные наноматериалы»).

Компетентностно-квалификационные характеристики выпускника бакалавра по профилю подготовки «Композитные наноматериалы»

определяются на основе федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по направлению подготовки 210600 Нанотехнология, а также на основе ФГОС ВПО по направлению подготовки 511700 (020900 ОКСО) «Химия, физика и механика материалов» (уровень подготовки «магистр»).

2.1. Область профессиональной деятельности.

Область профессиональной деятельности выпускника включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на создание, исследование, моделирование и эксплуатацию наноматериалов и компонентов наносистемной техники, применение процессов нанотехнологии и нанодиагностики.

Область профессиональной деятельности выпускников по профилю «Композитные наноматериалы» включает научно-исследовательские центры, институты РАН, научно-исследовательские отделы (лаборатории) высших учебных заведений, промышленные лаборатории, государственные органы управления, образовательные учреждения и организации различных форм собственности, организации индустрии и бизнеса, осуществляющие разработку наноматериалов, включая композитные наноматериалы. Бакалавры техники и технологий, подготовленные по профилю «Композитные наноматериалы»

могут работать в должностях, предусмотренных законодательством Российской профессиональным образованием с учётом направленности подготовки и стажа работы. Бакалавр техники и технологий может быть подготовлен к педагогической деятельности в средней школе или в колледже при условии освоения соответствующей дополнительной образовательной программы психолого-педагогического профиля.

2.2. Объекты профессиональной деятельности.

Объектами профессиональной деятельности бакалавра являются:

нанотехнологии и методы нанодиагностики; физико-математические и физикохимические модели процессов, методов и компонентов, алгоритмы решения типовых задач, относящиеся к профессиональной сфере.

Объектами профессиональной деятельности выпускников по профилю «Композитные наноматериалы» является широкий спектр композитных наноматериалов, технологий их получения и методов характеризации, в том числе магнитных и мембранных материалов, новых поколений супериоников, полупроводников, полимерных и биосовместимых нанокомпозитных материалов, углеродных наномодификаторов, а также композитных наноматериалов, предназначенных для электроники, фотоники, сенсорики, различных аспектов химической технологии (в том числе, технологии мембранного разделения), информационных технологий, здравоохранения и экологии. В соответствии с требованиями современных технологий объектами синтеза и исследования могут являться нанокристаллы, керамика, низкоразмерные структуры, пленки, композиты, наноструктурированные материалы и другие объекты, связанные с получением, свойствами и применением композитных наноматериалов. К сферам профессиональной деятельности выпускников по данному профилю относятся также фундаментально-научные разработки, информационное, маркетинговое и правовое (защита интеллектуальной собственности) обеспечение исследований и производства в области современного материаловедения.

2.3. Виды и задачи профессиональной деятельности.

2.3.1. Виды профессиональной деятельности.

Бакалавр по направлению подготовки "Нанотехнология" в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять следующие виды деятельности:

• экспериментально-исследовательская;

• производственно-технологическая;

• эксплуатация и сервисное обслуживание;

• организационно-управленческая.

Подготовка бакалавров по профилю «Композитные наноматериалы»

обеспечивает возможность деятельности, связанной с решением задач в области синтеза, исследования свойств (характеризации) и эксплуатации композитных наноматериалов: разработку и получение композитных наноматериалов, исследование их физико-химических, механических и других свойств. Бакалавр владеет основными принципами эксплуатации композитных наноматериалов в химико-технологических процессах, электронике, фотонике и других областях.

На основе полученных экономических и правовых знаний у выпускника формируется умение конкурировать на рынке идей и технологий, а также к способности повышения своего общеобразовательного и специального уровня знаний. Бакалавр подготовлен:

-к научно-исследовательской деятельности, требующей подготовки в различных направлениях материаловедения, владения навыками современных экспериментальных методов;

– к производственно-технологической и проектной деятельности в области технологий получения композитных наноматериалов;

– к деятельности в области маркетинга материалов;

– к педагогической работе в средних и средних специальных учебных заведениях.

2.3.2. Задачи профессиональной деятельности.

1) экспериментально-исследовательская деятельность:

информации по тематике исследования;

наноматериалов и компонентов наносистемной техники;

• применение процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики;

исследуемых процессов и объектов;

составления обзоров, отчетов и другой документации.

2) производственно-технологическая деятельность:

• участие в работах по освоению технологических процессов в ходе наносистемной техники;

• участие в работах по подготовке технической документации на оборудование и процессы нанотехнологии и нанодиагностики;

• организация метрологического обеспечения технологического процесса, использование типовых и разрабатываемых методов контроля качества выпускаемой продукции;

• оценка эксплуатационных и надежностных параметров изделий по типовым и разрабатываемым методикам;

• оценка экономической эффективности технологических процессов по существующим методикам;

• контроль за соблюдением технологической дисциплины.

3) эксплуатация и сервисное обслуживание:

• участие в монтаже, наладке и регулировании технологического и контрольно-диагностического оборудования, используемого при производстве наноматериалов и компонентов наносистемной техники;

• организация технического обслуживания и ремонта оборудования, используемого при реализации процессов нанотехнологиии и методов нанодиагностики;

• определение технического состояния и остаточного ресурса технологического и контрольно-измерительного оборудования, контроль за его эксплуатацией.

Бакалавр, получивший подготовку по профилю «Композитные наноматериалы», подготовлен к решению следующих задач научноисследовательской деятельности:

– проведение научно-исследовательских работ в областях, связанных с получением и исследованием композитных наноматериалов;

– анализ результатов научно-исследовательских работ с использованием современных достижений науки и техники, отечественного и зарубежного опыта в области композитных наноматериалов;

– поиск и предварительный анализ научной и технической информации в области материаловедения для научной-практической и патентной поддержки проводимых исследований или технологических разработок в области композитных наноматериалов, – участие в подготовке и проведении семинаров, научно-технических конференций, подготовке и редактировании научных публикаций;

– определение экономической эффективности научно-исследовательских и научно-производственных работ в области композитных наноматериалов;

– распространение знаний в области нанотехнологии, в первую очередь, о композитных наноматериалах, средствами WWW, при публикациях в отечественных и зарубежных изданиях, в ходе педагогической деятельности.

Бакалавр, получивший подготовку по профилю «Композитные производственно-технологической деятельности:

–эксплуатация современного лабораторного оборудования и приборов в соответствии с квалификацией, квалифицированная комплексная аттестация, исследование с помощью современных методов природы химических, физических и механических свойств материалов, включая композитные наноматериалы, участие в работе аналитических и сертификационных центров;

– ведение методических документов при проведении научноисследовательских и лабораторных работ;

– квалифицированная реализация на практике в рамках сотрудничества (совместной работы) с исследовательскими, промышленными лабораториями, научно-техническими и технологическими центрами основных современных технологий получения композитных наноматериалов, – разработка предложений по оптимизации существующих наукоемких методик получения композитных наноматериалов, наноматериалы», подготовлен к решению следующих задач организационноуправленческой деятельности:

– участие в организации научно-исследовательских работ, контроль за соблюдением техники безопасности, –проведение анализа научно-исследовательских работ студентов младших курсов и непрофильных работ, связанных с получением и характеризацией наноматериалов.

наноматериалы», подготовлен к решению следующих задач проектной деятельности:

– подготовка сметной документации на обеспечение научноисследовательских работ, – участие в реализации научных проектов и создании отчетной документации.

Педагогическая деятельность бакалавра, получившего подготовку по профилю «Композитные наноматериалы», может включать (при прохождении специальной педагогической переподготовки) преподавание в средней школе.

2.4. Компетенции выпускников Для решения профессиональных задач бакалавр • осуществляет сбор, обработку, анализ и систематизацию научнотехнической информации по теме исследований и разработок;

• изучает специальную литературу и другую научно-техническую информацию, достижения отечественной и зарубежной науки и техники в области наноматериалов, нанотехнологии, нанодиагностики, компонентов наносистемной техники и их применению;

• участвует в проведении экспериментальных исследований в области анализа и синтеза наноматериалов и компонентов наносистемной техники, примененяет процессы нанотехнологии и методы нанодиагностики по заданной программе, составляет описания экспериментов, готовит данные для составления отчетов, обзоров и другой документации;

• выполняет физико-математическое и физико-химическое моделирование процессов и объектов по направлению профессиональной деятельности с использованием типовых методик;

• участвует в монтаже и наладке технологического и контрольнодиагностического оборудования;

• участвует в работах по доводке и освоению технологических процессов в ходе подготовки производства новой продукции;

• участвует в испытаниях и сдаче экспериментальных и опытных образцов новой техники;

• принимает участие в организации контроля качества выпускаемой продукции, проводит её сертификацию;

• анализирует причины брака выпускаемой продукции и участвует в разработке мероприятий по его предупреждению;

• осуществляет контроль за соблюдением технологической дисциплины на своем участке, правильной эксплуатацией производственного и лабораторного оборудования;

• принимает участие в организации технического обслуживания и ремонте технологического и контрольно-диагностического оборудования по направлению деятельности;

• осуществляет профилактику производственного травматизма, профессиональных заболеваний и экологических нарушений.

Бакалавр должен знать:

• постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы, касающиеся области своей профессиональной деятельности;

• действующие стандарты и технические условия, положения и инструкции по эксплуатации оборудования, программам испытаний, оформлению технической документации;

• технические характеристики и экономические показатели отечественных и зарубежных разработок в области своей профессиональной деятельности;

• основное используемое технологическое и контрольно-измерительное оборудование и принципы его работы;

• виды брака и способы его предупреждения;

• средства вычислительной техники, коммуникации и связи;

• порядок пользования реферативными, периодическими и справочноинформационными изданиями и информационными технологиями по профилю работы;

• методы проведения патентных исследований;

• основы экономики, организации труда и управления коллективом;

• основы трудового законодательства;

• правила и нормы охраны труда, безопасности жизнедеятельности.

Выпускник-бакалавр по профилю «Композитные наноматериалы» с квалификацией (степенью) «бакалавр техники и технологий» в соответствии с целями основной образовательной программы и задачами профессиональной деятельности, указанными в п. 2.3.2. настоящей ПООП ВПО, должен обладать приводимыми ниже компетенциями.

2.4.1. Универсальные компетенции бакалавра включают:

2.4.1.1. Общенаучные компетенции (ОНК):

происходящих в неживой и живой природе (ОНК1), способность использовать в познавательной и в профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук (ОНК2), потребностей и защите интеллектуальной собственности полученных продуктов профессиональной деятельности базовые знания в области гуманитарных и экономических наук (ОНК3), способность на научной основе организовать свой труд (ОНК4), способность в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОНК5).

2.4.1.2. Инструментальные компетенции (ИК):

способность использовать для профессиональной деятельности современные достижения в области информационных технологий (сбора, хранения и обработки информации), включая базы данных, компьютерные сети, программное обеспечение и языки программирования (ИК1);

понимание основных возможностей и приобретение новых знаний с использованием современных научных методов и владение ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций (ИК2);

использование базовых аналитических методов анализа веществ, материалов и процессов с корректной интерпретацией полученных результатов (ИК3).

2.4.1.3. Социально-личностные и общекультурные компетенции (СЛК) наличие базовых знаний в области гуманитарных и социальных наук и применение их методов в различных видах профессиональной и социальной деятельности (СЛК1);

здоровый и активный образ жизни (СЛК2);

понимание и соблюдение базовых ценностей культуры (СЛК3);

гражданственность и гумманизм (СЛК4);

приверженность этическим ценностям и принципу социальной ответственности (СЛК5);

неиспользование полученных профессиональных знаний и экспериментальнопрактических умений во вред государству, обществу, отдельным людям (СЛК6);

готовность к социально-культурному диалогу, коммуникативность, толерантность (СЛК7);

обучаемость, приобретение с большой степенью самостоятельности новых знаний, используя современные образовательные и информационные интеллектуального, культурного, нравственного, физического и профессионального саморазвития и самосовершенствования (СЛК8);

владение культурой мышления, способность системно мыслить, перерабатывать большие объемы информации и вычленять главное, способность к эвристическим и нестандартным решениям (СЛК9);

профессиональной этики (СЛК10);

развитая письменная и устная коммуникация, включая иноязычную культуру, способность к деятельности в иноязычной среде (СЛК11);

личная эффективность и инициативность, основы ораторского искусства и организационных навыков (СЛК12);

умение работать в коллективе (СЛК13);

мобильность и адаптивность (СЛК14);

базовые навыки педагогической деятельности (CЛК15).

2.4.2. Профессиональные компетенции бакалавра включают:

2.4.2.1. Общепрофессиональные компетенции (ОПК):

понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем дисциплин, определяющих конкретную область деятельности (ОПК1), использование феноменологических, математических и численных (альтернативных) моделей для описания и прогнозирования различных явлений, осуществление их качественного и количественного анализа (ОПК2);

способность формулирования задач, связанных с реализацией профессиональных функций, а также использование для их решения методов изученных наук (ОПК3);

использование базовых теоретических знаний фундаментальных разделов физики, химии, математики, механики, биологии и экологии в объеме, необходимом для освоения практических основ различных направлений нанотехнологии и материаловедения (ОПК4);

использование синтетических и приборно - аналитических навыков, позволяющих экспериментально работать в различных областях материаловедения и нанотехнологии (ОПК5), системные представления о возможностях применения фундаментальных законов физики, химии, математики и механики для объяснения свойств и поведения композитных наноматериалов, предназначенных для химической технологии, электронной и других отраслей промышленности, а также здравоохранения (ОПК6);

знание современных достижений материаловедения и физических принципов работы современных технических устройств (ОПК7);

грамотное использование профессиональной лексики; владение базовыми письменными и устными навыками одного из распространенных иностранных языков международного научного общения, способность к деловому общению в профессиональной сфере, знания основ делового общения, навыки работы в команде (ОПК8);

способность организовать работу в соответствии с требованиями безопасности и охраны труда (ОПК9).

2.4.2.2. Профильно-специализированные компетенции (ПСК) знание основных современных теоретических и методологических подходов по профилю композитные наноматериалы (ПСК1);

использование основ математического анализа; алгебры, геометрии и дискретной математики; теории дифференциальных уравнений и численных методов; теории вероятности и математической статистики; физических основ механики, физики колебаний и волн, статистической физики и термодинамики, электричества и магнетизма, квантовой физики, языков программирования и стандартного программного обеспечения для профессиональной деятельности (ПСК2);

применение теоретических основ неорганической химии, корреляций «состав-структура-свойства», принципов строения вещества, иерархической структурной организации материалов для овладения методами синтеза материалов (ПСК3);

применение физической химии как фундамента материаловедения, включая основы химической термодинамики, теории растворов и фазовых равновесий, элементы статистической термодинамики, основ химической кинетики, катализа и электрохимии (ПСК4);

использование в материаловедении и нанотехнологии базовых положений аналитической химии, метрологических основ химического анализа, классических и современных комплексных методик анализа газов, жидкостей, пленок, керамики, монокристаллов, наноразмерных и низкоразмерных структур и композитов (ПСК5);

использование теоретических представлений органической химии, знаний о составе, строении и свойствах органических веществ – представлений основных классов органических соединений, основ органического синтеза для объяснения поведения свойств растворителей, материалов, наноматериалов и композитов (ПСК6);

применение теоретических представлений о синтезе, структуре, физико-механических, реологических свойствах и областях практического применения высокомолекулярных соединений как одного из важнейших классов материалов, отличающие их от свойств низкомолекулярных соединений (ПСК7);

использование общих представлений о структуре химикотехнологических систем и типовых химико-технологических процессов и производств для анализа взаимодействия технологий и окружающей среды (ПСК8);

современных композитных наноматериалов (ПСК9).

3. Документы, определяющие содержание и организацию образовательного процесса.

3.1. Примерный учебный план подготовки бакалавра, составленный по учебным циклам дисциплин, содержит базовую и вариативную части (в соответствии с профилем), включает перечень дисциплин, их трудоемкость и последовательность изучения (Приложение 1).

3.2. Примерные программы учебных дисциплин, практик Примерные рабочие программы учебных дисциплин (Приложение 2) подготовки бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы» (по форме действующих примерных программ) соответствуют дисциплинам примерного учебного плана подготовки бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». В примерной учебной программе каждой дисциплины сформулированы конечные результаты обучения в связи с осваиваемыми знаниями, умениями и приобретаемыми компетенциями в целом по ПООП. В Приложении приведены программы дисциплин математического и естественнонаучного и профессионального циклов как базовой, так и вариативной части.

Примерная программа учебных и производственных практик (Приложение 3) соответствует учебным и производственным практикам примерного учебного плана подготовки бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». Содержит описание целей и задач практик; компетенций, приобретаемых обучающимися в процессе практик; форм контроля освоения программ практик; рекомендуемые места организации практик; ссылки на нормативные документы по организации и проведению практик.

3.3. Примерный календарный учебный график Примерный календарный учебный график подготовки бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», составленный по форме действующего календарного графика приведен в Приложении 4.

4. Ресурсное обеспечение Высшее учебное заведение, реализующее основные образовательные программы подготовки бакалавра техники и технологий по профилю «Композитные наноматериалы», должно располагать материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов лекционных, лабораторных, семинарских, практических занятий, дисциплинарной и междисциплинарной подготовки, практической и научно-исследовательской работы студентов, предусмотренных учебным планом вуза. Высшее учебное заведение должно иметь учебные лаборатории, оснащенные современным учебно-научным оборудованием, и компьютерные классы, обеспечивающие выполнение всех видов занятий студентов. Материально-техническая база должна соответствовать действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам.

Проведение учебного процесса и научных исследований должно иметь материально-техническое и приборное обеспечение, к которому относятся:

• Обеспечение учебных аудиторий специализированной мебелью, включая современное оборудование лекционных аудиторий • Обеспечение учебных аудиторий оргтехникой и мультимедийной • Обеспечение оборудованием для синтеза материалов и их • Обеспечение основным измерительным оборудованием • Обеспечение вычислительной техникой, включая специализированные классы • Обеспечение научно-исследовательским оборудованием • Обеспечение уникальным научно-исследовательским Примерный перечень основных видов лабораторного и научноисследовательского оборудования может включать:

Оборудование для синтеза, получения и обработки композитных наноматериалов:

Весовое оборудование Оборудование для компактирования наноматериалов Оборудование для термической обработки материалов Оборудование для механической обработки материалов Оборудование для химических, лазерных, микроволновых и иных методов синтеза Вакуумное оборудование Оборудование для диагностирования композитных наноматериалов:

Оборудование для оптической микроскопии Оборудование для гранулометрического анализа Оборудование для рентгеновской и электронной спектроскопии малых Оборудование для ИК спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния Оборудование для фотоэлектронной спектроскопии Оборудование для магнитно-резонансных исследований Оборудование для рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа Оборудование для люминесцентной спектроскопия и спектроскопии поглощения Оборудование для элементного анализа Оборудование для различных видов микроскопии высокого разрешения Оборудование для изучения свойств композитных наноматериалов, в том числе функциональных:

Оборудование для изучения электрических свойств Оборудование для изучения оптических свойств Оборудование для термического анализа (термогравиметрический анализ;

сканирующую калориметрию) Оборудование для изучения механических свойств информационными ресурсами. К различным видам информационных ресурсов относятся:

• Научная, учебная, учебно-методическая литература;

• Доступ к информационным ресурсам через Интернет (WWW), включая основные отечественные и международные издательства, предоставляющие свободный и платный доступ к периодическим научным изданиям, справочному материалу, энциклопедиям, профессиональным базам данных, монографиям и учебникам.

• Базы данных, используемые в научном и учебном процессах;

• Учебная, учебно-методическая литература в электронном виде.

5. Рекомендации по использованию образовательных технологий наноматериалы» формы организации и проведения образовательного процесса теоретического плана включают:

– лекционные занятия;

– семинарские и практические занятия;

– самостоятельную аудиторную работу;

– самостоятельную внеаудиторную работу;

– консультации;

Формы обучения, связанные с непосредственной практической подготовкой включают:

– лабораторные работы (лабораторный практикум);

– ознакомительную (производственно-ознакомительную, экскурсионную) практику;

– технологическую (научно-исследовательскую) производственную практику;

– курсовые работы;

– выпускные квалификационные работы.

При проведении лекционных занятий используются обычные методики изложения материала. Основное внимание должно быть уделено формированию у студента приведенных выше компетенций. Материал лекций должен соотноситься с методами контроля и оценкой их усвоения.

При проведении семинарских и практических занятий основное внимание традиционно уделяется активизации работы студентов при освоении теоретического (лекционного) материала. Семинарские занятия могут проводиться в рамках всех циклов дисциплин.

Аудиторная и внеаудиторная самостоятельная работа студентов может выполняться в учебных кабинетах, компьютерных классах, в читальном зале, в домашних условиях. Самостоятельная работа студентов должна подкрепляться учебно-методическим и информационным обеспечением, включающим учебники, учебно-методические пособия, программное обеспечение Должен предусматриваться доступ к информационным базам данных, включая ресурсы Интернета. Необходимо предусмотреть получение студентом профессиональных консультаций со стороны преподавателей (в том числе, при подготовке к экзаменам и зачетам).

образовательным аспектам включают обеспечение:

лекций аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал (включая мультимедийные средства);

семинарских занятий компьютерами для проведения вычислений или использования информационных систем, а также (для отдельных видов занятий) непосредственно сетевой работы с ресурсами WEB;

лабораторных работ реактивами, посудой, учебным (научно-учебным) оборудованием, другими необходимыми средствами (в зависимости от тематики конкретных работ) в соответствии с программой лабораторных практикумов.

Средства реализации основных образовательных программ подготовки бакалавров должны включать доступ студента к базам данных и библиотечным фондам, формируемым по полному перечню дисциплин (модулей) основной образовательной программы. Все дисциплины должны быть обеспечены учебниками и учебными пособиями в соответствии с утвержденными программами учебных дисциплин в количестве не менее 1 единицы на студентов.

практического освоения основных теоретических дисциплин учебных циклов.

экспериментальной работы. Лабораторные работы должны быть, обеспечены методическими разработками к задачам в количестве, достаточном для проведения групповых занятий.

Для проведения экспериментальной работы и оформления ее результатов, поиска литературных данных, расширения коммуникационных возможностей студентам должны быть предоставлены компьютеры с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет, не менее 1 компьютера на 2-3 студентов.

Знакомство студента с научной тематикой и организацией работы лабораторий учебного заведения или лабораторий ведущих научных и научнопроизводственных центров происходит в ходе производственноознакомительной практики, которая может проводиться и в форме экскурсионного посещения организации. Помимо непосредственного знакомства с технологическим процессом производства и проводимыми фундаментальными экспериментальными исследованиями у студента создается представление о возможной сфере практической деятельности после окончания обучения. Как лабораторные работы, так и производственная технологическая (научно-исследовательская) практика служит активизации знаний студента, полученных при прохождении теоретического курса (проводится, в том числе, и на базе других научных центров и организаций). Научно-исследовательская практика проводится в лабораториях научно-исследовательских институтов РАН, других научных организаций и научно-технических центрах, исследовательских центрах при производственных компаниях, оснащенных современным научным оборудованием и имеющих признанные научные школы или активно работающие в науке группы ученых, и предназначена для освоения теоретических разделов и приобретения экспериментальных навыков по теме будущей квалификационной работы.

Курсовые работы и выпускные квалификационные работы являются средствами проведения образовательного процесса на максимально самостоятельном уровне. Задания для курсовых работ связаны с отдельными разделами профильных дисциплин. Выпускная работа, как правило, должна быть самостоятельным научным исследованием, с возможной публикацией результатов. Для проведения научно-исследовательской работы и оформления ее результатов, поиска литературных данных и написания выпускной работы, студентам должны быть предоставлены компьютеры с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет. Курсовые работы и выпускные квалификационные работы бакалавриата проходят защиту на аттестационных комиссиях в рамках кафедры (курсовые работы), факультета или вуза.

6. Требования к проведению итоговой государственной аттестации и разработке соответствующих оценочных средств 6.1. Общие требования к итоговой государственной аттестации бакалавра Итоговая государственная аттестация бакалавра, обучающегося по профилю «Композитные наноматериалы», включает выпускную квалификационную работу и государственный экзамен. Итоговые аттестационные испытания предназначены для определения практической и теоретической подготовленности бакалавра к выполнению профессиональных задач в соответствии с общими требованиями государственных образовательных стандартов и программами профиля «Композитные наноматериалы».

государственной аттестации выпускника, должны полностью соответствовать основной образовательной программе высшего профессионального образования, которую он освоил за время обучения.

6.2. Требования к разработке оценочных средств при проведении итоговой государственной аттестации бакалавра Фонды оценочных средств, позволяющие определить уровень освоения выпускником универсальных (общенаучных), общепрофессиональных и профессионально-специализированных компетенций определяются и разрабатываются вузом, проводящим образовательный процесс по данному профилю.

6.3. Требования к выпускной квалификационной работе бакалавра, обучающегося по профилю «Композитные наноматериалы».

Выпускная работа бакалавра должна представлять собой теоретическое или экспериментальное исследование, связанное с решением отдельных, частных задач, определяемых особенностями подготовки по профилю «Композитные наноматериалы». является итоговой оценкой деятельности студента и вводится по решению Ученого совета вуза. Требования к структуре, содержанию и объему выпускной работы определяются высшим учебным заведением на основании Положения об итоговой государственной аттестации выпускников высших учебных заведений, утвержденного Минобразованием России. Время, отводимое на подготовку квалификационной работы, должно составлять не менее 6 недель. Выпускная работа должна быть оформлена

на правах рукописи

(печатная форма). Предназначена для получения выпускником опыта постановки и проведения научного исследования. По форме представляет собой экспериментальную, расчетную или теоретическую работу по одной из дисциплин цикла профессиональных (специальных) дисциплин и должна отражать умение выпускника в составе научного коллектива решать поставленную научную проблему. Тема выпускной работы определяется кафедрой, ведущей дисциплину, по тематике которой выполняется работа, или выпускающей кафедрой в соответствии с программой одной из специальных дисциплин и утверждается заведующим кафедрой.

Защита выпускной работы проводится на заседании Государственной аттестационной комиссии.

Результаты защиты квалификационной работы учитываются высшим учебным заведением при рекомендациях бакалавра для продолжения образования.

обучающегося по профилю «Композитные наноматериалы».

Порядок проведения и программа государственного экзамена определяются вузом на основании Положения об итоговой государственной аттестации выпускников высших учебных заведений. Государственный выпускной экзамен призван дать возможность установить уровень образованности, полноту знаний и навыков, приобретенных выпускником в рамках образовательной программы направления и профиля; уровень интеллектуальных способностей бакалавра, его творческие возможности для дальнейшего продолжения образования в магистратуре. В материалах, выносимых на государственный экзамен, представляются основные разделы дисциплин базовой части, в них, прежде всего, включены фундаментальные составляющие этих дисциплин. Программа государственного экзамена утверждается ученым советом вуза, а его продолжительность устанавливается Государственной аттестационной комиссией по согласованию с вузом. Результаты государственного экзамена учитываются высшим учебным заведением при рекомендациях бакалавра для продолжения образования.

Согласовано:

Примерный учебный план подготовки бакалавров «_»2008 г.

экономический цикл предпринимательство и основы менеджмента политологии* математическая статистика компьютерная графика жизнедеятельности моделирования* данных* риски получения и применения нанокомпозитных материалов* Профессиональный цикл 90Базовая 45общепрофессиональная) кристаллографии методов исследования материалов материалов нанокомпозитных материалов конденсированном состоянии состояния электроника материалов электроника наноматериалы ионики твердого тела нанокомпозиты твердофазных реакций нанокомпозитных материалов биосовместимых композитных наноматериалов* наномодификаторы в технологии композитных материалов* технологии нанокомпозитов* сертификация* исследовательская работа 1

Работа в научных группах 2 Подготовка публикаций и научной части квалификационной работы практические конференции * - Данные дисциплины могут быть заменены по выбору студента при составлении индивидуального учебного плана на специальные курсы из списка рекомендованных или любые другие – после согласования с тьютером.

Настоящий учебный план составлен, исходя из следующих данных:

1. Срок освоения основной образовательной программы подготовки бакалавра при очной форме обучения составляет 208 недель, в том числе теоретическое обучение (включая практикумы, лабораторные работы и время, отводимое на контроль качества обучения) не менее 136 недель.

2. Максимальный объем учебной работы студента устанавливается час в неделю, включая все виды его аудиторной и внеаудиторной (самостоятельной) работы.

3. Одна зачетная единица эквивалентна 27-30 часам учебной работы студента. При проектировании программы обучения по физической культуре – одна зачетная единица эквивалентна 200 часам учебной работы студента.

4. Трудоемкость основной образовательной программы бакалавра за учебный год – 60 зачетных единиц.

5. Объем аудиторных занятий студента при очной форме обучения бакалавра не должен превышать в среднем за период обучения 27 часов в неделю.

6. Общий объем каникулярного времени в учебном году должен составлять 7-10 недель, в том числе не менее двух недель в зимний период. На выпускном курсе предусматривается 8 недель последипломного отпуска.

Примечание:

Настоящий примерный учебный план составлен в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) высшего профессионального образования по направлению подготовки «Нанотехнология».

Примерный учебный план используется для составления учебного плана вуза по данному направлению подготовки.

В рабочем учебном плане рекомендуется сохранить позиции, указанные в примерном плане для первых двух лет обучения.

Курсовые работы (проекты), текущая и промежуточная аттестации (зачеты и экзамены) рассматриваются как вид учебной работы по дисциплине и выполняются в пределах трудоемкости, отводимой на ее изучение.

Эксперты : _

ПРИМЕРНЫЕ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИН

Министерство образования и науки Российской Федерации Примерная программа дисциплины " Структурный анализ нанокристаллов " Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - бакалавр техники и технологии) Дисциплина "Структурный анализ нанокристаллов" относится к базовой части учебного цикла “Профессиональные (общепрофессиональные) дисциплины” в модуле аналитических методов исследования материалов.

Дисциплина "Структурный анализ нанокристаллов" представляет собой фундаментальные основы рентгеноструктурного анализа нанокристаллов.

Структурный анализ нанокристаллов рассматривает общие закономерности рассеяния рентгеновских лучей на идеальных кристаллах, кристаллитах малых (нано) размеров, кристаллах с различными нарушениями идеальной структуры, наноструктурированных системах, а также конкретные методики исследования нанокристаллических, в том числе, нанокампозитных материалов с использованием рентгеновской дифракции.

Курс структурного анализа нанокристаллов требует предварительной подготовки студентов по таким дисциплинам как физическая химия, кристаллография, кристаллохимия, а также по физике (агрегатные состояния вещества, основы дифракции электромагнитных волн и др.) и по математике (дифференциальное и интегральное исчисления, численные методы решения систем нелинейных уравнений и др.). Курс является одной из завершающих «Нанотехнологии» с профилем подготовки «Композитные материалы». Он должен предшествовать выполнению квалификационной работы по данному профилю, т.к. дает студенту необходимые знания, навыки и предоставляет инструменты для выполнения структурных исследований наноматериалов в рамках подготовки его квалификационной работы 2. Примерная программа дисциплины "Структурный анализ

РАЗДЕЛ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАНОКРИСТАЛЛА. НАНОРАЗМЕРНЫЕ И

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ.

1.1. Основные понятия и определения.

Введение: задачи структурных исследований наноматериалов.

Определение нанокристалла. Соотношение понятий «наночастица», «нанокристалл», «наноструктура», «нанотекстура». Соотношение понятий «кристалл», «нанокристалл», «модулированный кристалл», «паракристалл», «квазикристалл». Существующие классификации наноструктурированных систем. Специфика наноматериалов как объектов структурного анализа в физике и химии твердого тела. Наноразмерные частицы и кластеры.

Наноструктуры.

1.2. Наноструктурированные системы.

Наноструктурированные системы. Нанокристаллические пленки.

Компактированные наноматериалы. Межзеренные и межблочные границы.

Типы границ. Дислокационные модели описания структуры границ. Поля деформаций, источниками которых являются межблочные границы. Свойства наноматериалов, определяемые структурой межблочных границ. Пористые агрегаты. Пористая структура. Текстура. Структурные параметры, характеризующие наноматериал и подлежащие контролю при его синтезе и аттестации.

1.3. Наноструктура как механизм стабилизации неравновесных состояний.

Самоорганизующиеся наносистемы. Некоторые термодинамические представления о нанокристаллическом состоянии вещества. Верхняя и нижняя границы размеров для нанокристаллического состояния.

РАЗДЕЛ II. РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАНОМАТЕРИАЛОВ

2.1. Возможности современного рентгеновского порошкового дифракционного эксперимента.

Принципы дифракции на порошках. Уравнение Вульфа-Брэггов.

Фокусировка по Брэггу-Брентано. Современное состояние в области техники эксперимента. Порошковые дифрактометры: новейшие разработки систем монохроматизации и коллимации. Геометрия параллельного пучка. Одно- и многоканальные детекторы. Возможности проведения эксперимента в в нестандартных условиях: высокие и низкие температуры, высокое давление, контролируемые газовые среды.

2.2. Методы определения и уточнения атомной структуры поликристаллов Рассеяние на бесконечном кристалле (кинематическое приближение).

Связь интенсивности рассеяния рентгеновских лучей с параметрами кристаллической структуры. Структурный фактор и структурная амплитуда.

Методы определения (поиска модели) и уточнения кристаллической интегральным интенсивностям пиков. Методы полнопрофильного анализа дифракционных картин. Метод Ритвельда в применении к поли- и нанокристаллам.

2.3. Рассеяние на ансамбле одинаковых частиц с произвольной структурой структурой, хаотически ориентированных в пространстве. Формула Дебая.

Метод радиального распределения атомов.

2.4. Рассеяние на кристалле конечных размеров Условия интерференции Лауэ. Интерференционная функция Лауэ.

Ширина дифракционного пика и ее зависимость от размеров кристалла.

2.5. Малоугловое рассеяния рентгеновских лучей.

Возможности метода малоуглового рассеяния для определения характерных размеров флуктуации электронной плотности конечных размеров.

Рентгеноструктурный анализ одномерно разупорядоченных объектов и 1D наноструктур. Определение концентрации дефектов смещения слоев.

Специфические особенности дифракции для частично ориентированных (текстурированных) 1D и 3D наноструктур.

2.8. Микродеформации кристаллической структуры различного рода и их влияние на дифракционную картину.

источниками которых являются внешняя поверхность и межблочные границы.

Поля деформаций в твердых растворах и соединениях нестехиометрического состава. Классификация микродеформаций по их влиянию на ближний и дальний порядок (по Гинье). Паракристаллические искажения решетки.

Паракристаллы. Влияние микродеформаций на рентгеновские дифракционные картины. Микродеформации 1-го и 2-го типа (по Кривоглазу). Проблема раздельного определения размеров частиц (наноблоков) и параметров, характеризующих микродеформации структуры.

2.9. Анализ интегральной ширины дифракционных линий микроискажений. Формула Селякова-Шерера. Метод аппроксимации (метод Вильмсона-Холла). Учет инструментального уширения. Методы определения размеров кристаллических частиц (ОКР), величины микроискажений, дефектов упаковки, основанные на анализе интегральной ширины дифракционных пиков.

2.10. Анализ формы профиля дифракционных пиков. Метод Уоррена-Авербаха. Метод гармонического (Фурье) анализа дифракционных микроискажений.

РАЗДЕЛ III. ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАНОМАТЕРИАЛОВ

3.1. Примеры формирования наноструктурированных материалов в различных условиях синтеза.

Термическое разложение. Восстановление и окисление. Локальное упорядочение нестехиометрических соединений. Распад неравновесных твердых растворов. Наногетерогенные твердые растворы на основе структурных типов шпинели, перовскита, флюорита. Кристаллизация Плазмохимический синтез.

3.2. Наноструктурированные оксиды алюминия.

Методы получения и классификация метастабильных форм оксида алюминия. Когерентные 3D наноструктуры в низкотемпературных формах оксида алюминия. Наноструктура как основной отличительный признак при идентификации различных метастабильных форм оксида алюминия. Способ реализации нестехиометрии в оксидах алюминия. Наноструктура и нестехиометрия.

нанопорошков. Паракристаллы.

Композитные материалы, получаемые методами механосинтеза и механоактивации. Механохимически синтезированные сплавы – нано- или паракристаллы?

3.4. Углеродные наноматериалы.

Частично разупорядоченный графит. Фуллерены. Нанотрубки.

Каталитический волокнистый углерод. Турбостратная модель структуры углеродных материалов.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины «Структурный анализ нанокристаллов»

студент должен:

– иметь представление:

об основах дифракции в рамках кинематической теории рассеяния рентгеновских лучей;

– знать:

основные подходы к определению кристаллической структуры объектов с различной степенью дальнего порядка, экспериментальные методы рентгеноструктурного анализа поли- и нанокристаллических материалов;

кристаллической структуры, наноструктуры с использованием рентгеновской дифракции;

анализировать: процессы, происходящие при фазовых и химических превращениях в поли (нано) кристаллических материалах;

проводить расчеты: параметров элементарной ячейки, уточненных координат атомов и заселенности кристаллографических позиций, размеров областей когерентного рассеяния, величины микродеформаций, плотности дефектов упаковки (дефектов смещения слоев), характеристик ближнего порядка (межатомных расстояний);

овладеть навыками применения основных экспериментальных методик рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа нанокристаллов, а также теоретическими представлениями об особенностях рассеяния рентгеновских лучей на несовершенных кристаллах, кристаллитах малых (нано) размеров, наноструктурированных системах.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.

4. Объем дисциплины и распределение трудоемкости по видам Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы ( академических часов).

Аудиторные занятия Семинарские занятия Самостоятельная работа Выполнение индивидуальных заданий Выполнение курсовой работы Формы итогового контроля 5. Разделы дисциплины и виды занятий

РАЗДЕЛ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАНОКРИСТАЛЛА. НАНОРАЗМЕРНЫЕ И

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Тема 1. Основные понятия и определения Тема 2. Наноструктурированные системы Тема 3. Наноструктура как механизм стабилизации неравновесных состояний

РАЗДЕЛ II. РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАНОМАТЕРИАЛОВ

Тема 4. Возможности современного дифракционного эксперимента Тема 5. Методы определения и поликристаллов Тема 6. Рассеяние на ансамбле частиц конечных размеров с произвольной и с кристаллической структурой, включая малоугловое рассеяние Тема 7. Дифракция при наличии направлении Тема 8. Микродеформации рода Тема 9. Методы анализа ширины и дифракционных пиков

РАЗДЕЛ III. ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАНОМАТЕРИАЛОВ

Тема 10. Примеры формирования в различных условиях синтеза.

Тема 11. Механохимический синтез металлических и оксидных нанопорошков и нанокомпозитов.

Паракристаллы.

Тема 12. Углеродные наноматериалы.

6. Примерный перечень практических (семинарских) занятий и

РАЗДЕЛ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАНОКРИСТАЛЛА.

НАНОРАЗМЕРНЫЕ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ

СИСТЕМЫ

Свойства наноматериалов, определяемые структурой межблочных границ Типы границ межблочных границ. Дислокационные модели описания структуры границ..

РАЗДЕЛ II. РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Рентгенофазовый анализ. Работа с базами порошковых рентгенографических данных и кристаллоструктурных данных.

Рентгеноструктурный анализ поли- и нанокристаллов. Структурная амплитуда. Правила погасания. Индицирование порошковых рентгенограмм Сравнительные возможности различных методик определения параметров наноструктуры по рентгенографическим данным Принципиальные возможности рентгеновской дифракции, дифракции электронов, электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, адсорбционных, магнитных и других физико-химических методов в исследовании атомной структуры и наноструктуры

РАЗДЕЛ III. ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАНОМАТЕРИАЛОВ

6.2. ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ Вступительное занятие. Инструктаж по технике безопасности.

Основные правила работы на порошковом дифрактометре обработки результатов эксперимента.

РАЗДЕЛ II РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ НАНОМАТЕРИАЛОВ.

Проведение эксперимента на порошковом рентгеновском дифрактометре Уточнение параметров элементарной ячейки для поликристаллического или нанокристаллического образца Анализ влияния формы и размеров наночастиц на рентгеновские дифракционные картин Определение среднего размера областей когерентного рассеяния и средней величины микродеформаций методом Вильямсона-Холла Анализ профилей дифракционных линий (гармонический анализ) Расчет рентгеновских дифракционных картин для одномерно разупорядоченных кристаллов 6.3. Примерные темы курсовых работ № темы плана Анализ влияния дефектов смещения слоев на дифракционные картины Формирование нанокомпозитов при механохимическом сплавлении тугоплавкого и легкоплавкого металлов Исследование структуры графитоподобных материалов с разной степенью кристалличности Расчет дифракционных картин по формуле Дебая для частиц № темы плана Расчет малоуглового рассеяния по формуле Дебая для частиц 6 1. различной формы с одинаковым радиусом инерции 2. одинаковой формы с бимодальным распределением по размерам 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Помогайло А.Д., Розенберг A.C., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия. 2000. 672 с.

2. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства.

Екатеринбург: УрО РАН. 1998. 200 с.

3. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука. 1986. 367 с.

4. Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Изд. МГУ. 2003. 288 с.

5. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах //Физика металлов и металловедение.-1999.-Т.88,№1.-С.50-73.

6. Уваров Н.Ф., Болдырев В.Н.. Размерные эффекты в химии гетерогенных систем //Успехи химии.-2001.-Т.70, №4.-С.307-329.

7. Гинье А. Рентгенография кристаллов. М.: Гос. Изд. Физ.-мат. лит. 1961. 8. Иверонова В.и,, Ревкевич Г.П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. Изд.

11. Дриц В.А., Сахаров Б.А. Рентгеноструктурный анализ смешаннослойных минералов.-М.: Наука,1976.-252с.

12. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос. 2000. 272 с.

13. Суздалев И.П., Суздалев П.И.. Нанокластеры и нанокластерные системы.

Организация, взаимодействие, свойства //Успехи химии.-2001.-Т.70, №3.С.203- 14. Бухтияров В.И., Слинько М.Г. Металлические наносистемы в катализе //Успехи химии.-2001.-Т.70, №2.-С.167-181.

ПРАКТИКУМЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ, СПРАВОЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

1. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Изд. «Металлургия». Москва, 1970.

2..International Tables for X-ray Crystallography. The Kynoch Press.

1952.

Новосибирск. 2001,.66 с.

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННЫХ БИБЛИОТЕК

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

1. С.В.Цыбуля, С.В.Черепанова «Введение в структурный анализ нанокристаллов». Учебное пособие. НГУ. 2. Электронная база порошковых рентгенографических данных PDF.

3. Электронная база кристаллоструктурных данных для неорганических соединений ICSD.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Проведение учебного процесса должно быть обеспечено:

-лекции - различной аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал;

-лабораторные работы - учебным (научно-учебным) оборудованием в соответствии с программой лабораторных работ, химическими реактивами., образцами в нанокристаллическом состоянии различной морфологии.

Для обработки результатов измерений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей студенты должны иметь возможность работать в компьютерных классах с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.

Примерная программа дисциплины "Структурный анализ нанокристаллов" составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Министерство образования и науки Российской Федерации Примерная программа дисциплины "Спектроскопические методы анализа нанокомпозитных материалов" Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - бакалавр техники и технологии) Дисциплина "Спектроскопические методы анализа нанокомпозитных материалов" относится к базовой части учебного цикла “Профессиональные (общепрофессиональные) дисциплины” в модуле аналитических методов исследования материалов.

Дисциплина "Спектроскопические методы анализа нанокомпозитных материалов" представляет собой основы современных спектроскопических методов, применяемых для анализа вещества. Основные задачи

дисциплины состоят в формировании у студентов представления о спектроскопических методах как о важнейшем разделе химической науки, возможностях применения методов для анализа нанокомпозитных материалов. Преподавание этого курса в университетах ставит своей главной цель дать представления об спектроскопических методов анализа. Для успешного освоения изучаемого материала студенты должны иметь подготовку по физике, аналитической, органической химии, физическим методам исследования.

методы анализа нанокомпозитных материалов " Спектроскопические методы анализа, их значение и место в системе химико-аналитического контроля. Области применения, характерные спектроскопических методов анализа в зависимости от типа используемого излучения, типа взаимодействия излучения с веществом, объектов, взаимодействующих с излучением.

2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ АТОМНЫХ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ

СПЕКТРОВ

Понятие о спектрах. Типы спектров - испускания и поглощения, атомные и молекулярные, линейчатые, полосатые и сплошные. Количественные характеристики спектров - длина волны, частот, волновое число, интенсивность спектральных линий. Характеристики, используемые для качественного и количественного анализа. Шкала электромагнитного излучения. Изменения в веществе, вызванные взаимодействием с излучением различной энергии.

Природа атомных спектров. Спектр атома водорода. Спектральные термы.

Комбинационный принцип Ридберга - Ритца. Волновые свойства электронов, квантовые числа. Характеристики уровней энергии: вырождение, заселенность, вероятность переходов, время жизни. Типы переходов, правила отбора. Тонкая структура спектральных линий, мультиплетность спектральных линий.

Атомные спектры элементов с одним и несколькими валентными электронами.

Интенсивность спектральных линий для случая термически равновесной плазмы. Связь интенсивности с температурой плазмы и степенью ионизации атомов. Уравнение Саха. Контур спектральной линии. Полуширина спектральной линии. Уширение спектральных линий, его причины.

Естественная ширина спектральных линий. Допплеровское и лоренцевское уширение. Эффекты Зеемана и Штарка. Поглощение излучения плазмой.

Реабсорбция, самообращение линий. Поглощение света атомами. Контур линии поглощения. Линейный и интегральный коэффициент поглощения, связь с концентрацией поглощающих атомов. Поглощательная способность (оптическая плотность) и пропускание атомного пара. Электронные спектры поглощения, коэффициент молярного поглощения. Характеристики электронных состояний многоатомных молекул: энергия, волновые функции, мультиплетность, время жизни. Симметрия и номенклатура электронных состояний. Классификация и отнесение электронных переходов. Интенсивности полос различных переходов. Правила отбора и нарушения запрета. Природа рентгеновских спектров. Края поглощения. Взаимосвязь рентгеновских спектров поглощения и характеристических спектров испускания. Зависимость частоты перехода краев поглощения или линий испускания от величины порядкового номера элемента (закон Мозли). Квантовомеханический подход к описанию колебательных спектров. Уровни энергии, их классификация, фундаментальные, обертонные и составные частоты. Интенсивность полос колебательных спектров. Правила отбора и интенсивность в ИК поглощении и в спектрах КР.

Частоты и формы нормальных колебаний молекул. Выбор модели.

Силовые постоянные. Учет симметрии молекулы. Симметрия нормальных колебаний, координаты симметрии. Стоксовы и антистоксовы линии КР.

3 АППАРАТУРА В СПЕКТРОСКОПИИ

Принципиальная схема спектрометра. Источники излучения. Тепловые и люминесцентные излучатели: лампы накаливания, газоразрядные лампы, светоизлучающие диоды (СИД), лазеры. Излучение черного тела. Источники линейчатого спектра в атомно-абсорбционной спектроскопии: лампы с полым катодом, безэлектродные лампы. Источники излучения для рентгеновской спектроскопии, рентгеновская трубка. Монохроматизация излучения.

Характеристики спектральных приборов. Светофильтры. Монохроматоры.

Основные схемы и оптические характеристики монохроматоров. Увеличение.

Угловая и линейная дисперсия. Разрешающая способность. Факторы, влияющие на разрешающую способность. Инструментальный контур, нормальная ширина щели. Теоретическая и практическая разрешающая способность. Критерий Рэлея. Светосила спектрального прибора.. Инструментальное уширение спектральных линий. Диспергирующие элементы - призма и дифракционная решетка. Разрешающая способность диспергирующего элемента. Приемники Характеристическая кривая фотоэмульсии. Основные характеристики фотопластинок: контрастность, интегральная и спектральная чувствительность.

Измерение почернений. Фотоэлектрическая регистрация. Тепловые и фотоэлектронные приемники излучения. Фотоэлементы, фотодиоды, фоторезисторы, фотоэлектронный умножитель, массивы фотодиодов, твердотельные полупроводниковые детекторы (ТТД). Детекторы для сцинтилляционные, полупроводниковые детекторы.

4 МЕТОДЫ АТОМНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Классификация методов атомной спектроскопии - название, тип излучения, источник излучения, метод атомизации, превращения в веществе, применение.

Характерные особенности и возможности методов атомного спектрального анализа. Теоретические основы атомной спектроскопии.

4.1 ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ.

Определение и основные характеристики метода. Возбуждение атомов.

Процессы возбуждения и ионизации в плазме. Упругие и неупругие столкновения. Удары 1-го и 2-го рода. Зависимость интенсивности спектральных линий от концентрации атомов в плазме и пробе. Кривая роста.

Уравнение Ломакина-Шайбе. Источники возбуждения для эмиссионного спектрального анализа. Назначение источников возбуждения и требования к ним. Дуга постоянного тока, дуга переменного тока. Вольтамперная характеристика дугового разряда. Связь температуры дуги с параметрами ее питания и составом газа, заполняющего межэлектродный промежуток.

Определение температуры дуги методом Орнштейна. Топография излучения дуги. Схема дугового генератора с высокочастотным поджигом (схема Свентицкого). Конденсированная искра. Общая характеристика искрового разряда. Схема управляемой искры Райского. Газовый разряд низкого давления, плазмотрон, лазеры как источники возбуждения. Индуктивно-связанная плазма как современный источник возбуждения. Пробоподготовка. Способы введения пробы в плазму. Аппаратура для эмиссионного спектрального анализа.

Качественный спектральный анализ. Аналитические и последние линии.

Отбор и подготовка пробы к анализу. Выбор спектрального прибора, источника возбуждения и способа регистрации. Испарение пробы и регистрация спектра.

Влияние фракционного испарения на интенсивность спектральных линий.

Расшифровка спектрограмм. Учет наложения спектральных линий.

Количественный спектральный анализ. Выбор аналитических линий, гомологические линии. Основное уравнение фотографических методов количественного спектрального анализа. Требования к эталонам. Способы построения градуировочных графиков: метод трех эталонов, метод постоянного графика, метод добавок.

Эмиссионная УФ спектроскопия как метод исследования двухатомных молекул. Вероятности переходов между электронно-колебательновращательными состояниями. Принцип Франка - Кондона. Определение энергии диссоциации и других молекулярных постоянных.

4.2 АТОМНО - АБСОРБЦИОННЫЙ АНАЛИЗ Общая характеристика и возможности метода ААА. Методы измерения поглощения атомного пара. Метод измерения интегрального коэффициента поглощения. Метод измерения линейного коэффициента поглощения (метод Уолша). Условия Уолша. Аппаратура для атомно-абсорбционного анализа.

Блок-схема однолучевого атомно-абсорбционного спектрофотометра. Типы атомно-абсорбционных спектрофотометров. Способы получения атомного пара.

Системы распылитель-горелка. Непламенные способы атомизации. Модуляция излучения источников света. Приемы атомно-абсорбционного анализа. Способы построения градуировочных графиков. Причины искривления градуировочных графиков. Источники ошибок физической и химической природы.

4.3 Рентгенофлуоресцентная спектроскопия (РФС) Классификация рентгеновских методов анализа. Анализ по первичному рентгеновскому излучению (рентгеноэмиссионный). Анализ по вторичному рентгеновскому излучению (рентгенофлуоресцентный). Закон Брэгга - Вульфа.

Спектрометры с волновой и энергетической дисперсией. Качественный и количественный анализ.

5 Молекулярная спектроскопия 5.1 Молекулярная абсорбционная спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой области Абсорбционная спектроскопия в видимой и УФ областях как метод исследования электронных спектров многоатомных молекул. Характеристики электронных состояний многоатомных молекул: энергия, волновые функции, мультиплетность, время жизни. Симметрия и номенклатура электронных состояний.

Классификация и отнесение электронных переходов. Интенсивности полос различных переходов. Правила отбора и нарушения запрета.

структурном и количественном анализах. О специфике электронных спектров поглощения различных классов соединений. Спектры сопряженных систем и пространственные эффекты в электронных спектрах поглощения Характеристика спектрофотометрического метода. Основные законы поглощения: объединенный закон Бугера-Ламберта-Бера, закон аддитивности.

Причины отклонений от законов поглощения.

Условия проведения фотометрических реакций. Типы фотометрических реакций. Влияние концентрации реагента на полноту протекания реакций.

Расчет оптимальной концентрации реагента. Влияние кислотности на фотометрическую систему. Расчет оптимальной кислотности проведения фотометрической реакции. Учет влияния проявления реагентом индикаторных свойств, протекания ступенчатого комплексообразования, присутствия посторонних лигандов и комплексообразователей на условия проведения фотометрической реакции. Выбор реагента для поддержания кислотности в фотометрической системе.

Аппаратура для спектрофотометрического анализа. Метод абсолютной спектрофотометрии. Методы дифференциальной и полной дифференциальной спектрофотометрии. Метод двуволновой спектрофотометрии. Метод производной спектрофотометрии.

Методы спектрофотометрического анализа растворов. Абсолютные и дифференциальные методы определения одного вещества: методы сравнения оптических плотностей, ограничивающих растворов, метод определения с использованием среднего молярного коэффициента поглощения, метод постоянного градуировочного графика (графический и аналитический варианты), метод добавок (абсолютный и дифференциальный варианты).

Абсолютные и дифференциальные методы определения нескольких веществ в растворе: при частичном перекрывании спектров поглощения (метод Спектрофотометрическое титрование.

5.2. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ Явление люминесценции. Классификация видов люминесцентного излучения. Люминесценция дискретных центров и ее закономерности.

Длительность и спектральный состав излучения. Квантовый и энергетический выход люминесценции дискретных центров. Закономерности люминесценции (закон Стокса - Ломмеля, правило Левшина, закон Вавилова). Связь квантового выхода со структурой молекул. Тушение люминесценции: концентрационное, температурное, примесями. Люминесценция кристаллофосфоров. Зонная теория ионных кристаллов. Механизм и закономерности свечения кристаллофосфоров.

Хемилюминесценция, механизм возникновения, применение хемилюминесцентного метода. Основы количественного флуоресцентного анализа. Зависимость яркости флуоресценции от концентрации определяемого компонента. Факторы, определяющие яркость флуоресценции и их выбор при разработке методик анализа. Методы флуоресцентного анализа, особенности градуирования. Аппаратура люминесцентного анализа. Способы компоновки узлов прибора. Источники излучения, монохроматизирующие устройства.

Приемники излучения. Современная аппаратура для люминесцентного анализа.

5.3 Методы колебательной спектроскопии. Инфракрасные (ИК) спектры и комбинационное рассеяние спектра Квантовомеханический подход к описанию колебательных спектров.

Уровни энергии, их классификация, фундаментальные, обертонные и составные частоты. Интенсивность полос колебательных спектров. Правила отбора и интенсивность в ИК поглощении и в спектрах КР.

Частоты и формы нормальных колебаний молекул. Выбор модели. Силовые постоянные. Учет симметрии молекулы. Симметрия нормальных колебаний, координаты симметрии. Стоксовы и антистоксовы линии КР. Сравнение характеристик метода при двух способах возбуждения спектров КР (ламповое и лазерное). Определение геометрических параметров неполярных молекул.

Анализ нормальных колебаний молекулы по экспериментальным данным.

Сопоставление ИК и КР спектров и выводы о симметрии молекулы.

Характеристичность нормальных колебаний. Ограничения концепции групповых частот.

Применение методов колебательной спектроскопии для качественного и количественного анализов. Специфичность колебательных спектров.

Техника и методики ИК спектроскопии и спектроскопии КР. Аппаратура ИК спектроскопии, прозрачные материалы, приготовление образцов.

Аппаратура спектроскопии КР, преимущества лазерных источников возбуждения.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения данного курса студент должен:

об основных принципах и законах атомной и молекулярной спектроскопии, практическом приложении методов для целей анализа нанокомпозитных материалов, современном аналитическом оборудовании для спектроскопических методов анализа;

теоретические основы методов атомной и молекулярной спектроскопии, таких как атомно-эмиссионная, атомно-абсорбционная, рентгенофлуоресцентная спектроскопия, спектроскопия в УФ, видимой и ИК-области; устройство и схемы современных аналитических приборов для данных методов, особенности выбора метода анализа в зависимости от поставленных целей и задач;

проводить: современный аналитический эксперимент по определению качественного и количественного состава нанокомпозитных материалов;

анализировать: процессы, происходящие при проведении того или иного вида анализа, пути появления погрешностей анализа;

проводить расчеты: результатов анализа в любом из возможных методов, по оценке параметров эксперимента, определяющих правильные и воспроизводимые результаты, по статистической обработке результатов эксперимента;

овладеть навыками: работы на современном аналитическом оборудовании, применения современных спектроскопических методов анализа для различных целей и задач Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.

4. Объем дисциплины и распределение трудоемкости по видам учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы ( академических часов).

Виды учебных занятий Лекции Лабораторные работы Самостоятельная работа Подготовка к коллоквиумам Подготовка к контрольным работам Подготовка к зачетам Подготовка к экзаменам Формы итогового контроля 5. Разделы дисциплины и виды занятий Тема 1. ВВЕДЕНИЕ.

Характеристика основных в зависимости от типа используемого излучения.

РАЗДЕЛ I ОСНОВЫ ТЕОРИИ АТОМНЫХ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ СПЕКТРОВ

Тема 2. Атомные спектры испускания и поглощения.

вращательные и колебательные спектры спектральных линий

РАЗДЕЛ II АППАРАТУРА В СПЕКТРОСКОПИИ

Тема 6. Монохроматизация излучения.

РАЗДЕЛ III МЕТОДЫ АТОМНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Тема 8. Эмиссионный спектральный анализ Тема 9. Атомно-абсорбционный анализ Тема 10. Рентгенофлуоресцентная спектроскопия Тема 11. Абсорбционная областях.

Тема 13. Методы колебательной спектроскопии Вступительное занятие. Инструктаж по технике безопасности.

обработки их результатов.

РАЗДЕЛ III МЕТОДЫ АТОМНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Определение содержания меди в свинцовых сплавах методом Рентгеноспектральное определение элементного состава многокомпонентного образца.

Изучение колебательных свойств аморфного кремния методом ИК- 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Учебники и учебные пособия:

1. Терек Т. и др. Эмиссионный спектральный анализ. М., "МИР", 1982, (в 2х томах).

2. Основы аналитической химии. В двух томах. Под ред. Ю.А. Золотова.

М., Высшая школа, 1999.

3. Отто М. Современные методы аналитической химии (в 2-х томах). М., Техносфера. 4. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии.

Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высш. шк., 1987.

5. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии.

Резонансные и электрооптические методы. М.: Высш. шк., 1989.

6. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. (в 2-х томах). Под ред.

Р.Кельнера. М., «Мир» «АСТ», 2004.

7. Хавезов И., Цалев Д. Атомно-абсорбционный анализ. Л., "Химия", 8. Бенуэл К. Основы молекулярной спектроскопии. М., "Мир", 1985г 9. Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. М., Техносфера. 2007.

10. Кизель В.А. Практическая молекулярная спектроскопия. М., МФТИ, 11. Алесковский В.Р., Бардин В.В. Физико-химические методы анализа.

Практическое руководство. Л., Химия. 1988.

12. Петрухин О. М. Практикум по физико–химическим методам анализа. М., Химия. 1987.

13. Тарасевич Н.И. Руководство к практикуму по спектральному анализу.

М., 1977.

14. Основы аналитической химии. Практическое руководство. Под ред.

Ю.А.Золотова / М., Высшая школа. 2001.

Лабораторные работы должны быть обеспечены методическим разработками по тематике проведения лабораторных работ.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Проведение учебного процесса должно быть обеспечено:

-лекции - различной аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал;

-лабораторные работы - химическими реактивами, лабораторной посудой и учебным (научно-учебным) оборудованием в соответствии спрограммой лабораторных работ.

Для обработки результатов измерений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей студенты должны иметь соответствующимпрограммным обеспечением и выходом в Интернет.

Примерная учебная программа дисциплины "Спектроскопические методы анализа нанокомпозитных материалов" составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным планом подготовки бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Министерство образования и науки Российской Федерации Примерная программа дисциплины нанокомпозитных материалов" Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - бакалавр техники и технологии) Санкт-Петербург 1. Цели и задачи дисцплины Курс "Научные основы создания нанокомпозицитных материалов" принадлежит к числу специальных учебных дисциплин и является одной из важных дисциплин в цикле естественнонаучной подготовки химиков и химиков-технологов.

Курс лежит в основе освоения студентом современных знаний о новом классе материалов нанокомпозитных материалов.

В курсе излагаются фундаментальные основы знаний в области науки о низкоразмерном состоянии вещества и в области науки о композиционных материалах.

Цель курса – освоение фундаментальных знаний в области науки о композиционных материалах; основы науки о низкоразмерном состоянии вещества, современное состояние в области синтеза и использования нанокомпозитов.

Задачи курса – изложение основных теоретических положений науки о композиционных материалах, в т.ч. нанокомпозитов, а также современное состояние в области синтеза и использования нанокомпозитов.

Место курса в профессиональной подготовке выпускника.

Курс "Научные основы создания нанокомпозицитных материалов" требует предварительной подготовки студентов по таким дисциплинам как общая и неорганическая химия, физическая химия, коллоидная химия, а также по физике (агрегатное состояние вещества, молекулярная физика и др.) и по высшей математике (дифференциальное и интегральное исчисления).

2. Примерная программа дисциплины "Научные основы создания нанокомпозитных материалов" 2.1. Введение. Понятия: твердое вещество, материал, композиционный материал (композит); макро- и микроструктура, наноструктура;

наноматериал, композиционный наноматериал. Роль наноматериалов и композиционных наноматериалов в научно-техническом прогрессе общества.

Описание взаимосвязи строения и свойств материала. Соотношение композит – нанокомпозит. Композиционные материалы гетерофазные системы, структурированные на макро- и микроуровне. Композиционные наноматериалы гетерофазные системы, структурированные на наноуровне.

Основные типы и параметры структуры композиционных материалов, в том числе композиционных наноматериалов. Современный взгляд на возможные типы композиционных наноматериалов.

2.2. Гетерогенные химические реакции. Общая характеристика и классификация гетерогенных реакций твердых веществ. Кинетические характеристики процессов превращения твердых тел. Скорость гетерогенных реакций. Степень превращения (). Два основных типа кинетических кривых = f( ): монотонный и сигмоидный. Кинетический и диффузионый пределы внутридиффузионное торможение.

2.3. Топохимические гетерогенные реакции. Зародышеобразование.

Кинетика образования зародышей (ядер) фаз твердых продуктов. Реакции с участием только твердых фаз (твердофазные реакции). Классификация.

2.4. Экспериментальное изучение твердофазных реакций. Кинетика твердофазных реакций. Уравнение Яндера..

“ ультрадисперсная система“. Поверхность раздела фаз и ее формирование в композиционных материалах. Определение понятия межфазного слоя, его структура и свойства. Определение понятия межфазного слоя, его структура и свойства. Изменение структуры полимера на границе раздела фаз. Влияние поверхности на процесс кристаллизации полимеров.

2.6. Свойства основных компонентов ( матрицы и дисперсной фазы ), используемых для получения композиционных материалов. Дисперсные порошки. Нитивидные кристаллы и волокна. Факторы, определяющие свойства композита. Преимущества композитов. Влияние дисперсной фазы на функциональные свойства полимерного композиционного материала.

2.7. Межфазное взаимодействие в композиционных материалах.

Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов. Виды межфазного взаимодействия. Типы связей меду компонентами. Кинетика диффузионного взаимодействия компонентов. Высокотемпературные реакции на границах фаз. Твердофазные реакции и спекание частиц.

2.8. Синтез, структура и свойства объёмных наноструктурированных материалов. Неупорядоченные твердотельные вещества. Механизмы разрушения традиционных поликристаллических материалов. Механические свойства.

Наноструктурированные многослойные материалы. Наноструктурированные упорядоченные вещества.

наноструктур и материалов. Основные положения прецизионного синтеза твердотельных структур. Современная технология микроструктур. Современный подход к синтезу наноструктур. Современные возможности и практичекое применение прецизионного синтеза наноструктур. Слоисто-неоднородные структуры (сверхрешетки) 2.10. Композиционные материалы с металлической матрицей. Технология изготовления. Механические свойства.

2.11. Композиционные наноматериалы с керамической матрицей.

Техническая керамика. Технология получения композитов. Свойства композитов 2.12. Биокомпозиты. Биоактивные керамико-полимерные композиты.

Конструкторские критерии биокомпозитов. Инертные керамические композиты. Поглощаемые полимерные матрицы.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины Содержание курса входит в необходимый минимум профессиональных знаний выпускников по этой специальности, а также является необходимой основой для усвоения специальных курсов, выполнения курсовых и дипломной работ.

В результате изучения данного курса студент должен:

– иметь представление:

о низкоразмерном состоянии вещества, об основных принципах создания композиционных материалов; в том числе наноструктурированных композиционных материалов, о их применении.

основные химические и физические процессы, протекающие в процессе получения нанокомпозиционных материалов;

анализировать данные по синтезу наноструктурированных твердых веществ, в том числе композиционных наноматериалов; анализировать данные о строении продуктов синтеза этих.материалов.

овладеть навыками качественного и количественного описания экспериментальных результатов по синтезу композиционных материалах; в том числе наноструктурированных.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.

Формы контроля уровня освоения:

Оперативный и итоговый контроль.

необходимой корректировки качества усвоения материала по всем видам занятий студентов (лекционных, практических.). Он осуществляется на практических занятиях.

Для контроля усвоения курса учебным планом предусмотрен экзамен.

4. Объем дисциплины и распределение трудоемкости по видам учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единицы ( академических часов).

Аудиторные занятия Лабораторные работы Семинарские занятия Самостоятельная работа Подготовка к коллоквиумам Выполнение индивидуальных Подготовка к контрольным работам Выполнение курсовой работы Подготовка к экзаменам Тема 1. Введение. Понятия: твердое вещество, материал, композиционный материал (композит); макро- и микроструктура, наноструктура;

наноматериал, композиционный наноматериал. Роль наноматериалов и композиционных наноматериалов в научно-техническом прогрессе общества.

Тема 2. Гетерогенные химические классификация гетерогенных реакций твердых веществ. Кинетические характеристики процессов превращения твердых тел.

Тема 3. Топохимические гетерогенные реакции.

Зародышеобразование. Кинетика твердых продуктов. Реакции с участием только твердых фаз (твердофазные реакции).

Тема 4. Экспериментальное изучение твердофазных реакций. Уравнение Яндера.

Тема 5. Поверхность и её описание.

Определение понятия “ ультрадисперсная система“.

Поверхность раздела фаз и ее материалах. Определение понятия межфазного слоя, его структура и свойства.

Тема 6. Свойства основных компонентов (матрицы и дисперсной фазы), используемых для получения композиционных материалов.

кристаллы и волокна.

Тема 7. Межфазное взаимодействие в композиционных материалах.

Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов. Виды Твердофазные реакции и спекание частиц.

Тема 8. Синтез, структура и свойства объёмных наноструктурированных материалов. Наноструктурированные Наноструктурированные упорядоченные вещества.

Тема 9. Методы направленного твердотельного синтеза микро- и наноструктур и материалов. Основные положения прецизионного синтеза технология микроструктур. Современный подход к синтезу наноструктур.

Тема 10. Композиционные материалы с изготовления. Механические свойства.

Тема 11. Композиционные матрицей. Техническая керамика.

Технология получения композитов.

Свойства композитов.

Тема 12. Биокомпозиты. Биоактивные Конструкторские критерии биокомпозитов.

6. Примерный перечень практических (семинарских) занятий 1. Понятия: твердое вещество, материал, композиционный наноматериал, композиционный наноматериал.

Зародышеобразование. Кинетика образования зародышей (ядер) фаз твердых продуктов. Реакции с участием только твердых фаз 3. Методы направленного твердотельного синтеза микро- и наноструктур и материалов. Основные положения прецизионного синтеза твердотельных структур. Современная технология микроструктур. Современный подход к синтезу наноструктур.

4. Композиционные материалы с металлической матрицей.

Композиционные материалы с керамической матрицей.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Смирнов В.М. Химия наноструктур.Синтез, строение, свойства - СПб.:

Изд-во СПбГУ, 1996, 108 с.

2. Сайфуллин Р. С, Композиционные неорганические материалы, М.:

Химия, 1987, 301 с.

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКИ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

3. Курс лекций по дисциплине “Научные основы создания нанокомпозитных материалов“ размещенный на сайте http://solidstate.chem.spbu.ru/.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Смирнов В.М., Поваров В.Г., Гетерогенные реакции твердых веществ - СПб.:

Изд-во СПбГУ, 1992, 77 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Проведение учебного процесса должно быть обеспечено:

демонстрировать иллюстративный материал;

- Практические (семинарские) занятия - учебным (научно-учебным) оборудованием в соответствии с программой семинарских занятий:

демонстрационными моделями, образцами нанокомпозиционных материалов различной морфологии (для снятия исходных данных при решении задач моделирования и расчета их свойств, условий и методов синтеза и т.д..) и др.

Для проведения расчетов при решении задач, сбора и анализа необходимых справочных данных, выполнения тестовых и демонстрационных вычислений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей и др. студенты должны иметь возможность работать в компьютерных классах с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.

Примерная программа дисциплины "Научные основы создания нанокомпозитных материалов" составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным планом подготовки бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Министерство образования и науки Российской Федерации Примерная программа дисциплины "Кинетика и термодинамика твердофазных реакций" Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - бакалавр техники и технологии) Санкт-Петербург - 1. Цели и задачи дисцплины По своему содержанию и идейной направленности курс "Кинетика и термодинамика твердофазных реакций" сочетает в себе все основные характеристики общенаучной учебной дисциплины и, одновременно, определяет основополагающие принципы профессиональной подготовки по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». Курс "Кинетика и термодинамика твердофазных реакций" профессиональных дисциплин и лежит в основе общетеоретической и специальной подготовки бакалавров и магистров соответствующих направлений и специальностей подготовки. Устанавливая общие термодинамические и кинетические законы физико-химических процессов, кинетика и термодинамика твердофазных реакций является теоретическим обобщением физической, неорганической, органической, аналитической химии, химии и физики твердого тела и в то же время – фундаментом самых различных направлений современных технологий и нанотехнологий, исследования и разработки новых наноматериалов, изучения различных по природе твердофазных процессов.

В ней излагаются фундаментальные основы учения о направленности и закономерностях протекания химических процессов и фазовых превращений, принципы и особенности термодинамического (равновесного и неравновесного) и кинетического описания твердофазных состояний и процессов, сведения об экспериментальных и теоретических методах исследования и расчета термодинамических свойств твердофазных веществ и процессов с их участием, базируясь на которых становится возможным дать количественное описание этих процессов, сопровождающихся изменением физического состояния и химического состава в системах различной сложности.

Кинетика и термодинамика твердофазных реакций рассматривает общие закономерности химических превращений на основе физических процессов, происходящих как с макро-, так и с микрочастицами (молекулами, атомами, ионами, электронами) и сопровождающих их энергетических эффектов. При этом широко используются теоретические представления, экспериментальные методы, логический и математический аппарат физики.