Программа

краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников

высшей школы по направлению

«Объемные конструкционные и функциональные наноструктурированные

материалы (металлы и сплавы, керамика, цементы, композиты и гибриды),

технологии их получения»

на базе учебного курса

«Наноструктурные материалы на металлической и керамической основе:

технология, структура и свойства»

Цель: формирование общих представлений о материаловедческих аспектах наноматериалов, об их классификации по составу, структуре, свойствам, назначению, о способах оценки структуры и свойств Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы, специалисты в области нанотехнологий Срок обучения: 36 часов Форма обучения: очная или заочная, с применением дистанционных технологий Режим занятий: _6-8 часов в день_ Целью данного курса является освоение общих представлений о материаловедении, знаний о технологических параметрах, структуры и свойств наноматериалов на металлической и керамической основе; научить слушателей выбирать состав и технологию материалов в зависимости от требуемых свойств и областей применения;

работать со справочной литературой по наноматериалам, методикам исследования их структуры; сформировать представления о связи технологических параметров с их структурой и свойствами.

Требования к уровню освоения учебного курса Слушатели должны:

Знать:

o Основные типы наноматериалов, их классификацию;

o Набор основных методов, использующихся при исследовании наноматериалов;

o Основные методы получения наноматериалов различного типа.

Иметь навыки:

o Самостоятельной формулировки задачи исследования свойств наноматериалов, выбора методов исследования наноматериалов;

o Самостоятельной подготовки образцов для получения наиболее полной информации и исключения артефактов;

o Самостоятельной интерпретации полученных данных и формулировке выводовы о составе и структуре объекта исследования.

Иметь представление:

o О методах исследования наноматериалов на металлической и керамической основе;

o Об основных методах синтеза наносистем;

o Об основных областях применения наноматериалов.

Учебный курс «Наноструктурные материалы на металлической и керамической основе: технология, структура и свойства» состоит из дистанционной и очной частей.

Дистанционная часть учебного образовательного курса обеспечивает слушателя необходимым объмом знаний по выбранной тематике, включая подготовку слушателя к проведению лабораторного практикума. Задача дистанционной составляющей учебного курса – подготовить слушателя к очному посещению лаборатории в Томском государственном университете В дистанционной (теоретической) части учебного курса изложены физические и химические методы получения наночастиц, способы получения объемных материалов с наноструктурой, особенности структуры и свойств, связанные с малым размером частиц, современные методы исследования и принципы аттестации ультрадисперсных частиц, наносистемы на основе диоксида циркония; приведены примеры продукции из наноматериалов Теоретическая часть учебного курса состоит из четырех лекций:

Лекция 1: Способы получения ультрадисперсных (нано-) частиц Определение наноматериалов. Роль материалов в современной технике. Классификация наноматериалов. Физические и химические методы получения наночастиц. Метод конденсации паров в среде инертного газа. Формирование частиц в многокомпонентных системах. Плазмохимическая технология получения нанодисперсных оксидов. Получение наноструктурных материалов механохимическими реакциями.

Лекция 2: Способы получения объемных материалов с наноструктурой. Особенности структуры и свойств, связанные с малым размером частиц.

Кристаллизация аморфных сплавов. Интенсивная пластическая деформация. Тонкие наноструктурные пленки. Особенности структуры и свойств, связанные с малым размером частиц. Защита поверхности ультрадисперсных частиц.

Лекция 3: Современные методы исследования и принципы аттестации ультрадисперсных частиц Общая классификация методов. Электронно-микроскопические методы. Дифракционные методы. Методы электронной спектроскопии и масс-спектрометрии.

Лекция 4: Наносистемы на основе диоксида циркония Полиморфизм ZrO2. Морфология части и свойства порошков в системе ZrO2-MgO.

Механическая обработка ультрадисперсного порошка ZrO2(MgO). Прессование нанопорошков ZrO2. Фазовые превращения и кинетика уплотнения нанопорошков на основе ZrO2 при спекании. Примеры продукции из наноматериалов Очная (экспериментальная) часть учебного курса заключается в определении на примере нанеструктурного диоксида циркония и оксида алюминия размеров кристаллитов.

Основные задания на лабораторный практикум:

- Провести подготовку образца для исследования;

- Провести эксперимент по получению рентгенодифракционной картины;

- Расшифровать рентгеновские спектры и определить размеры структурных элементов.

Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную и очную части учебного курса отводится по 18 часов соответственно.

Полное содержание теоретического материала в дистанционной части учебного курса находится на сайте www.nanoobr.ru. Для контроля степени освоения теоретической части учебного курса (лекций) используются контрольные вопросы. Они размещены в дистанционном курсе.

Контрольные вопросы для проверки усвоения материала Какие изменения в межатомных расстояниях наблюдаются в наноматериалах?

Какие изменения в кристаллической структуре могут наблюдаться в наноматериалах?

Какие метастабильные фазы могут появляться в наноматериалах?

Перечислить основные дифракционные методы изучения наносистем?

Как изменяется теплопроводность и электропроводность ультрадисперсных сред?

С какой целью проводят механическую активацию нанопорошков?

Метод определения прессуемости нанопорошков?

Что такое шликерное литье?

Что происходит с наноматериалами при спекании?

10) Как изменяется прочность наноматериалов?

11) Как изменяется пластичность наноматериалов?

12) Что такое плазмохимический синтез нанопорошков?

13) Что такое совместное химическое со-осаждение нанопорошков?

14) Какова принятая классификация наноматериалов?

15) Что такое CVD - метод?

16) Что такое PVD - метод?

17) В чем особенности пробоподготовки образцов для просвечивающей электронной микроскопии?

18) Какую информацию о наноматериалах могут дать спектральные методы?

19) Каковы основные возможности метода ядерной гамма-резонансной спектроскопии при изучении наноматериалов?

20) Каково влияние поверхности в наноматериалах?

В конце очной части учебного курса слушатели готовят отчеты по темам контрольных рефератов, которые используются для контроля степени усвоения всего учебного курса на базе экспериментальных результатов и их обработки с применением знаний из дистанционной части курса.

«Наноструктурные материалы на металлической и керамической основе:

Физические и химические методы получения наночастиц.

Электронно-микроскопические методы исследования наночастиц.

Дифракционные методы исследования наночастиц.

Физические свойства наночастиц.

Изменения структуры и физических свойств материалов в наносостоянии.

Основные методы и методики переработки нанопорошков для подготовки их к формованию.

7. Механическая активация нанопорошков.

8. Основные способы синтеза компактов.

9. Прочность и пластичность наноматериалов.

10. Основные направления применения наноматериалов.

курса и лекций час. Дистанционные Самостоятельная Очный практикум контроля материалы на металлической и керамической основе:

технология, структура и свойства»

получения ультрадисперсных (нано-) частиц получения объемных материалов с наноструктурой.

Особенности структуры и свойств, связанные с малым размером частиц Современные методы исследования и принципы аттестации ультрадисперсных частиц Наносистемы на основе диоксида циркония 8. Лабораторная работа:

«Определение размеров кристаллитов в нанопорошках»

1. Rathner M.J. Industrial productionof multicomponent ceramic powders (metal oxides)by means of the spray roasting technigue // Ceramic powder / Ed. by. P. Vinzenzini. – Amsterdam: Elsevier, 1983. – P. 515–531.

2. Zhang S.C., Messing Synthesis G.L., of solid, spherial zirconia particles by sprey pyrolisis // J. Amer. Ceram. Soc. – 1990. – V. 73. – № 1. – P. 61–67.

3. Никитин Д.С., Жуков В.А., Перков В.В., Буякова С.П., Кульков С.Н.

Получение и структура пористой керамики из нанокристаллического диоксида циркония // Неорганические материалы. – 2004. – Т. 40. – № 7. – С. 869–872.

4. Буякова С.П., Хлусов И.А., Кульков С.Н. Пористая циркониевая керамика для эндопротезирования костной ткани // Физическая мезомеханика. – 2004. – № 7.– Спец.

выпуск, ч. 1. – С. 127–130.

5. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.:

ФИЗМАТЛИТ, 2000. – 224 с.

6. Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. – 2006. – Т. 75. – № 3. – С. 203–216.

7. Практические методы электронной микроскопии / Под ред. Одри М. Глоэра / Л.: Машиностроение, 1980. – 375 с.

8. Рыбалкина М.А. Нанотехнологии для всех. Большое - в малом. – М.:

Nanotechnology News Network, 2005. – 444 с.

9. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. – М.: Академия, 2005. – 192 с.

10. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М.:

ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 416 с.

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

12. Nanocomposite Science and Technology / Edited by P.M. Ajayan, L.S. Schadler, P.V. Braun. – WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2003.

13. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: В 2 т.

/ В.Е. Панин, В.Е. Егорушкин, П.В. Макаров и др. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. – Т. 1. – 298 с.

14. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов: В 2 т.

/ В.Е. Панин, П.В. Макаров, С.Г. Псахье и др. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. – Т. 2. – 320 с.

15. Кульков С.Н., Полетика Т.М. Гетерофазные материалы со сдвиговой неустойчивостью: структурные уровни пластической деформации и разрушения // Структурные уровни пластической деформации и разрушения. – Новосибирск: Наука, 1990. – С. 187–204.

Ссылки на сайты по нанотехнологиям в Российском Интернете http://www.nanometer.ru/ сайт Нанотехнологического сообщества http://www.nanometer.ru/2007/03/03/nanotechnology.html Азбука для всех» Факультета Наук о Материалах МГУ им.М.В.Ломоносова http://www.nanonewsnet.ru/ Аналитическое агентство «Nanotechnology News Network»

www.nanonewsnet.com www.nanobot.ru www.microbot.ru www.mno.ru Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса на сайте www.nanoobr.ru