Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(университет «Дубна»)

Факультет естественных и инженерных наук

Кафедра «Нанотехнологии и новые материалы»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе С.В. Моржухина «_» _ 2010 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

(наименование дисциплины) по направлению (специальности) 020900 – «Химия, физика и механика материалов»

(№, наименование направления, специальности) Форма обучения: очная Уровень подготовки: бакалавр Курс (семестр): 1 курс, 2 семестр г.Дубна, 2010 г.

Автор программы:

Осипов Владимир Андреевич, профессор, доктор физико-математических наук, кафедра «Нанотехнологии и новые материалы»

_ (подпись) Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом по направлению подготовки (специальности) 020900.62 – «Химия, физика и механика материалов».

(указывается номер ОКСО, код и наименование направления подготовки (специальности)) Программа рассмотрена на заседании кафедры « Нанотехнологии и новые материалы »

(название кафедры) Протокол заседания № _ от « _ » 201 г.

Заведующий кафедрой / Осипов Владимир Андреевич /, профессор.

(подпись) (фамилия, имя, отчество) (ученое звание)

СОГЛАСОВАНО

заведующий выпускающей кафедрой1 _ /_ / (подпись) (фамилия, имя, отчество) « _ » 201 г.

Декан факультета _ / Деникин А.С. / (подпись) (ФИО) « _ » 201 г.

Рецензент: (ученая степень, ученое звание, ФИО) _ (место работы, должность) Руководитель библиотечной системы _ / Черепанова В.Г. / (подпись) (ФИО) Если программа разработана обучающей кафедрой 1. Выписка из ГОС ВПО Выписка из государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 020900 «Химия, физика и механика материалов», степень (квалификация) – бакалавр материаловедения, утв. Приказом Министерства образования и науки РФ от 16.12.2005 №736 ЕН/бак.

Индекс Наименование дисциплин и их основные разделы Всего часов Курсы по выбору студента 2. Аннотация Курс «Введение в специальность» входит в учебный план подготовки специалистов по направлению 020900 – «Химия, физика и механика материалов» и изучается студентами во втором семестре. Цель его изучения состоит в ознакомлении студентов с основными понятиями и определениями современных нанотехнологий, основными направлениями исследований в данной области с учетом региональной специфики.

Исходный уровень знаний студентов подразумевает знакомство с школьными курсами физики, химии, математики и биологии. В процессе освоения курса студентам предлагается написать реферат по любой заинтересовавшей его теме, связанной с нанотехнологиями. Итоговая оценка складывается из оценки теоретических знаний и оценки за реферат.

3. Цели и задачи дисциплины Основное внимание настоящего курса уделяется изучению и пониманию основных задач, стоящих перед современными нанотехнологиями, ближайшим и более отдаленным перспективам их развития. Курс включает знакомство с основными принципами и методами исследования структур на наномасштабе, способами получения наночастиц и наноматериалов, их применению в материаловедении, электронике, биологии.

4. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

1. основные понятия о нанотехнологиях и основные направления развития современных нанотехнологий;

2. взаимосвязи между химией, физикой и биологией при решении задач в области нанотехнологий;

3. перспективы развития нанотехнологий в регионе.

5. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид итогового контроля (зачет/экзамен) 6. Разделы (темы) дисциплины Разделы (темы) дисциплины, содержание и виды занятий:

1 Общие представления о наномасштабе, наноматериалах и нанотехнологиях Определение масштаба «нано», терминов «наноматериал», «нанотехнология». Приведение сравнительных масштабов различных структур. Обсуждение различных типов наноматериалов.

2 Молекулярная структура Молекулярная структура и типы симметрии расположения атомов современной микроскопии.

3 Принципы и методы исследования структур с нанометровым разрешением Законы квантового мира. История развития микроскопии. Оптический микроскоп.

пов. Электронный микроскоп. Сканирующая зондовая микроскопия. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп. Типы кантилеверов. Сканирующий оптический микроскоп ближнего поля.

физических технологий Развитие ядерно-физических нанотехнологий в ОИЯИ. Технология производства трековых мембран. Ионная имплантация и методы модификации поверхности различных материалов. Перспективы.

Способы получения наночастиц.

Химическая связь. Что такое нанохимия. Объекты нанохимии. Классификации наночастиц. Способы получения зу-вверх. Получение углеродных наночастиц – фуллеренов и нанотрубок.

Примеры уникальных свойств некоторых наночастиц.

Наноэлектроника и МЭМС Появление и развитие полупроводниковой электроники. Электропроводность.

Электронно-дырочный переход. Диод.

Как делают микросхемы. Развитие литографии. Проводящие полимеры. Появление и развитие MЕMS и NEMS технологии.

Биотехнологии и наномедицина Общая схема биотехнологического производства. Примеры биотехнологических производств. Основные механизмы генной инженерии. Наномедицина. Лаборатория на чипе.

Нанотехнологии против вирусов и бактерий. Адресная доставка лекарств в пораженные клетки. Использование квантовых точек в качестве люминесцентных маркеров. Наносистемы и биотехнологии: подражая природе.

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины Основная литература 1. Пул Ч.П.,мл. Нанотехнологии: Учебное пособие для вузов / Пул Чарлз П.,мл., Оуэнс Фрэнк Дж.; Пер.с англ. под ред. Ю.И.Головина. - 5-е изд.,испр.и доп. - М.: Техносфера, 2010. - 336с.: ил. - (Мир материалов и технологий). - ISBN 978-5-94836-239-7.

2. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии: Учебное пособие / Старостин Виктор Васильевич; Под ред. Л.Н.Патрикеева; Рец. А.А.Евдокимов. - М.: БИНОМ.

Дополнительная литература 1. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / Суздалев Игорь Петрович. - 2-е изд.,испр. - М.: ЛИБРОКОМ, 2009. с.: ил. - (Синергетика: от прошлого к будущему). - ISBN 978-5-397-00217-2.

2. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника: Мировые достижения год; Англо-русский терминологический словарь по микро- и наносистемной технике: Сборник / Под ред. П.П.Мальцева. - М.: Техносфера, 2008. - 432с.: ил. Мир материалов и технологий). - Прил.:с.415. - ISBN 9785948361802.

3. Лозовский В.Н. Нанотехнология в электронике. Введение в специальность: Учебное пособие / Лозовский Владимир Николаевич, Константинова Галина Серафимовна, Лозовский Сергей Владимирович. - 2-е изд.,испр. - СПб.: Лань, 2008. - 336с.: ил. Учебники для вузов. Специальная литература). - Лит.:с.319.-Предм.указ.:с.320.

4. Сидоров М.А. Магия "нано"... Эволюция современной электроники: от нанонауки - к нанобизнесу / Сидоров Михаил Александрович. - М.: Компания Спутник +, 2005. с.: ил. - ISBN 5-93406-892-X.

5. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию / Кобаяси Наоя; Пер.с яп. А.В.Хачояна; Под ред. Л.Н.Патрикеева. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 136с.: ил. - ISBN 5Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / Под ред. М.К.Роко и др.; Пер.с англ. А.В.Хачояна под ред. Р.А.Андриевского. - М.:

Мир, 2002. - 296с.: ил. - Прил.А, Б:с.277.-Предм.указ.:с.290.-Аббревиатуры:с.292. ISBN 5-03-003432-3.

Технические и электронные средства обучения, иллюстрированные материалы Несколько коротких учебных фильмов по основам сканирующей зондовой микроскопии.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудитория, оборудованная экраном и прибором для демонстрации лекционного материала.

9. Формы контроля и оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Занятия по дисциплине «Введение в специальность» проводятся в виде лекций.

Перечень обязательных видов работы студента:

посещение лекционных занятий;

ответы на теоретические вопросы на лекции;

написание реферата по заданной теме;

В ходе изучения дисциплины предусматриваются текущий контроль знаний, промежуточная и итоговая аттестации.

Текущий контроль знаний организуется путем краткого опроса по пройденному на предыдущей лекции материалу.

Промежуточная аттестация студентов проходит в виде контрольной работы на 8-ой неделе и в виде защиты реферата на 12-ой неделе семестра. Также при выборе критериев оценки освоения студентом программы дисциплины в обязательном порядке учитывается выполнение программы в части лекционных занятий и посещаемость лекций.

Итоговый контроль (форма контроля – зачет) проводится на 17-ой неделе семестра и формируется на основе текущего контроля успеваемости, сданного реферата и проведенного опроса.

Контрольные задания (для письменного опроса) 1. Привести сравнительные масштабы различных структур (атом, молекула, ДНК, вирус, бактерия, эритроцит, толщина волоса...).

2. Привести несколько (на выбор) типов наноматериалов и обосновать их принадлежность к области «нано».

3. Охарактеризовать типы симметрии расположения атомов предложенных материалов (простой металл, графит, керамика, стекло, молекула ДНК, …).

4. Указать возможные типы межмолекулярных связей.

5. Описать возможности манипуляции на атомарном уровне при помощи современной микроскопии.

6. Обосновать, почему так важны законы квантового мира при изучении наноматериалов.

7. Изложить основные принципы работы оптического микроскопа и указать его разрешающую способность.

8. Изложить основные принципы работы электронного и сканирующего зондового микроскопа. Указать их разрешающую способность.

9. Изложить основные принципы работы сканирующего туннельного и атомносилового микроскопа. Указать их разрешающую способность.

10. Указать типы кантилеверов, требования к их характеристикам, основные материалы для их изготовления.

Перечень вопросов, выносимых на зачет:

Определение масштаба «нано», терминов «наноматериал», «нанотехнология».

Сравнительные масштабы различных структур.

Типы наноматериалов.

Молекулярная структура и типы симметрии расположения атомов различных материалов.

5. Типы межмолекулярных связей.

6. Возможности манипуляции на атомарном уровне при помощи современной микроскопии.

7. Законы квантового мира.

8. История развития микроскопии. Оптический микроскоп.

9. Разрешающая способность микроскопов. Электронный микроскоп. Сканирующая зондовая микроскопия.

10. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп.

11. Типы кантилеверов. Сканирующий оптический микроскоп ближнего поля.

12. Развитие ядерно-физических нанотехнологий в ОИЯИ. Технология производства трековых мембран.

13. Ионная имплантация и методы модификации поверхности различных материалов.

Перспективы.

14. Химическая связь. Что такое нанохимия. Объекты нанохимии.

15. Классификации наночастиц. Способы получения наночастиц. Сборка сверху-вниз и снизу-вверх.

16. Получение углеродных наночастиц – фуллеренов и нанотрубок. Примеры уникальных свойств некоторых наночастиц.

17. Появление и развитие полупроводниковой электроники. Электропроводность.

18. Электронно-дырочный переход. Диод. Транзистор.

19. Интегральная микросхема. Как делают микросхемы.

20. Развитие литографии. Проводящие полимеры.

21. Появление и развитие MЕMS и NEMS технологии.

22. Общая схема биотехнологического производства. Примеры биотехнологических производств.

23. Основные механизмы генной инженерии. Наномедицина. Лаборатория на чипе.

24. Нанотехнологии против вирусов и бактерий. Адресная доставка лекарств в пораженные клетки.

25. Использование квантовых точек в качестве люминесцентных маркеров. Наносистемы и биотехнологии: подражая природе.

Тематика рефератов Реферат: изучить и описать какое-либо (по выбору студента) из известных приложений, базирующихся на использовании нанотехнологий. Примеры тем рефератов 2009/10 учебного года:

Статистика исследований в области «нано» в России Нанотехнологии: история развития Рабочее место нанотехнолога Нанотехнологии и новые материалы Противокоррозионные наноматериалы Десорбция водорода из графана Нанотехнологии в производстве DVD дисков Нанотехнологии в жвачке, или самый удобный тест на малярию