МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Тверской государственный университет»

Физико-технический факультет

Кафедра прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета _ «»2012 г.

Рабочая программа дисциплины Физическая кристаллография Для студентов 3 курса Направление подготовки 011800 РАДИОФИЗИКА Профиль подготовки – Материалы для радиофизики и радиоэлектроники, Физика и технология радиоэлектронных приборов Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения Очная Обсуждено на заседании кафедры Составители:

« 25 » января 2012 г. Д.т.н Смирнов Ю.М.

Асс. Иванова А.И.

Протокол № Зав. кафедрой Смирнов Ю.М.

Тверь II. Пояснительная записка 1. Цели и задачи дисциплины – формирование и развитие у обучающихся достаточного представления об основных направлениях описания, систематики и исследования характеристики кристаллов:

Физическая кристаллография является фундаментальной наукой, начинающей специализацию по физическому материаловедению, физической электронике и основам функциональной микроэлектроники.

Курс основан на классической теории симметрических преобразований. Математический аппарат курса – симметрия и теория групп. В курсе студенты изучают симметрию идеальных и реальных кристаллов, основные понятия кристаллохимии, кристаллографические и кристаллохимические свойства веществ, теорию и практику роста кристаллов, основные области их использования. Курс является основой для ряда специальных предметов. Студенты получают знания по основным направлениям описания, систематики и исследования характеристики кристаллов, умение правильно определить и описать классы кристаллов и их структуры. На практических занятиях студенты решают задачи на ПЭВМ на взаимодействие элементов симметрии, определения символов и соотношения между символами граней и ребер, расчеты физических свойств кристаллов.

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина относится к циклу Б3.В.ДВ. Для успешного освоения дисциплины «Физическая кристаллография» студент должен знать основы общей физики, разделы:

Молекулярная физика, Оптика, Атомная физика.. Знать основные законы физики Содержательно «Физическая кристаллография» закладывает основы знаний для освоения дисциплин «Физика кристаллизации и образование наноструктур», «Физика реальных кристаллов», в процессе которых студенты изучают симметрию идеальных и реальных кристаллов, основные понятия кристаллохимии, кристаллографические и кристаллохимические свойства веществ, теорию и практику роста кристаллов, основные области их использования.

3.Общая трудоемкость дисциплины составляет составляет 6 зачетных. единиц, часов.

4. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

научно-исследовательская деятельность:

способностью использовать базовые теоретические знания (в том числе по дисциплинам профилизации) для решения профессиональных задач (ПК-1);

способностью применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК-2);

способностью понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования (ПК-3);

способностью использовать основные методы радиофизических измерений (ПК-4);

способностью к владению компьютером на уровне опытного пользователя, применению информационных технологий для решения задач в области радиотехники, радиоэлектроники и радиофизики (в соответствии с профилизацией) (ПК-5);

способностью к профессиональному развитию и саморазвитию в области радиофизики и электроники (ПК-6);

научно-инновационная деятельность:

способностью к овладению методами защиты интеллектуальной собственности (ПК-7);

способностью внедрять готовые научные разработки (ПК-8) В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•Знать: закономерности симметрии твердокристаллических объектов и их структур, их применении, основные понятия о кристаллохимии;

•Уметь: правильно определить и описать классы кристаллов, их структуры и формы, определить символы граней и ребер;

• Владеть : основами научной работы и приобрести умения подготавливать научные публикации.

5. Образовательные технологии Традиционные лекция и практическое занятие, проблемные лекции, семинары, упражнения, составление обзоров, подготовка письменных работ, написание рефератов.

Занятия лекционного типа для соответствующих групп студентов не могут составлять более 67% аудиторных занятий.

6. Формы контроля – экзамен III. Учебная программа 1. Основные понятия о кристаллах. Кристаллы в науке и технике.

1.1. Определение кристаллов. Предмет кристаллографии. Природные и технические кристаллы.

1.2. Строение кристаллов. Пространственная решетка. Важнейшие свойства кристаллов.

1.3. Применение кристаллов. Инфракрасная оптика. Акустооптика. Пьезотехника.

Фотоэлектроника. Датчики излучений.

1.4. Кристаллооптика. Регистрация излучений. Ювелирная техника.

2. Гониометрия кристаллов.

2.1. Закон постоянства углов. Гониометрия.

2.2. Стереографические проекции. Гномостереографическая и гномоническая проекции.

2.3. Сферические координаты.

2.4. Закон кратных отношений. Кристаллографические символы. Определение символов граней кристаллов 3. Элементы симметрии кристаллов 3.1. Понятие о симметрии. Конечные элеме-нты симметрии. Единичные направления.

Модели кристаллов.

3.2. Формулы симметрии кристаллов по Герману-Могену, Флинту, Шенфлису. Группы симметрии Кюри.

4. Виды симметрии. Сингонии.

4.1. Сингонии, категории, виды - определения.

4.2. Низшая категория. Средняя категория. Высшая категория.

4.3. Симметрия идеальных и реальных кристаллов.

5. Формы кристаллов 5.1.Простые формы и комбинации. Идиаморфные и ксеноморфные кристаллы 6. Сложные формы кристаллов.

6.1.Скелеты и антискелеты. Сростки кристаллов.

6.2. Понятие об антисимметрии. Эпитаксия.7. Способы выращивания и исследования кристаллов.

7.1.Оборудование для роста кристаллов. 7.2.Методы выращивания кристаллов из расплавов растворов. Выращивание кристаллов из гелей.

7.3. Выращивание кристаллов из расплава 8. Кристаллизация в природе.

8.1. Кристаллизационные природные процессы. Рекристаллизация.

8.2. Скорости роста кристаллов. Генетические ряды. Природные моно- и поликристаллы.

9. Основы методов исследования свойств кристаллов.

9.1. Оптические исследования. Рентгеноструктурные исследования. ИК спектроскопия 10. Структуры кристаллов.

10.1. Особенности кристаллического строения неорганических соединений. Структурные типы 11. Координационное число.

11.1.Координационный многогранник. 11.2.Плотнейшие упаковки частиц структуры.

Пределы устойчивости структур. 11.3.Классификация кристаллических структур.

Основные типы структур 12. Типы связи в структурах.

12.1. Металлическая связь. Ионная связь. Ковалентная связь. Остаточная связь (Ван-дерВаальсова).

13.Кристаллохимические радиусы.

13.1.Межатомные расстояния. Атомные и ионные радиусы.

13.2. Правила Фаянса 14. Фазовые переходы 14.1.Полиморфизм. Фазовые переходы первого и второго рода.

14.2.Фазовые переходы и структура 15. Твердые растворы и изоморфизм.

Изоструктурность. Изоморфизм. Твердые растворы замещения и внедрения.

IV. Рабочая учебная программа кристаллов.

кристаллов.

V. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации но итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Контрольные задания № 1.Проанализировать формулы симметрии классов кристаллов ромбической сингонии.

Указать отличия в количестве и существе элементов симметрии и их взаимном расположении.

2.Определить категорию, сингонию и вид кристаллографической модели (по указанию преподавателя). Записать формулу симметрии по Герману Могену и Флинту.

3. Определить простые формы, составляющие указанную модель. Указать замкнутые и незамкнутые формы.

4.К каким категориям, сингониям и классам относятся кристаллы со следующими формулами симметрии: L2PC, L44L25PC, 3L24L3.

Контрольные задания № 1 Проанализировать формулы симметрии классов кристаллов тетрагональной сингонии.

Указать отличия в количестве и существе элементов симметрии и их взаимном расположении.

2. Определить категорию, сингонию и вид кристаллографической модели (по указанию преподавателя). Записать формулу симметрии по Герману Могену и Флинту.

3. Определить простые формы, составляющие указанную модель. Указать замкнутые и незамкнутые формы.

4. К каким категориям, сингониям и классам относятся кристаллы со следующими формулами симметрии: 1, mm2, m3.

Контрольные задания № 1 Проанализировать формулы симметрии классов кристаллов гексагональной сингонии.

Указать отличия в количестве и существе элементов симметрии и их взаимном расположении.

2. Определить категорию, сингонию и вид кристаллографической модели (по указанию преподавателя). Записать формулу симметрии по Герману Могену и Флинту.

3. Определить простые формы, составляющие указанную модель. Указать замкнутые и незамкнутые формы.

4. К каким категориям, сингониям и классам относятся кристаллы со следующими формулами симметрии: 3m, 4mm, m3m.

Контрольные задания № 1 Проанализировать формулы симметрии классов кристаллов кубической сингонии.

Указать отличия в количестве и существе элементов симметрии и их взаимном расположении.

2. Определить категорию, сингонию и вид кристаллографической модели (по указанию преподавателя). Записать формулу симметрии по Герману Могену и Флинту.

3. Определить простые формы, составляющие указанную модель. Указать замкнутые и незамкнутые формы.

4. К каким категориям, сингониям и классам относятся кристаллы со следующими формулами симметрии:C, L44L2, 3L44L36L29PC - типовые тесты 1. Сравнить следующие формулы симметри кристаллов L44L2 и 422:

1. Приведены различные классы кристаллов.

2. Записаны одинаковые классы кристаллов, но в неприменяемом обычно виде.

3. Формулы симметрии совершенно аналогичные.

4. Формулы симметрии тождественны, но в практике обычно применяется второй по счёту вид записи.

2. Чем отличается простая форма от комбинации:

1. Это – совершенно различные характеристики внешнего вида монокристалла.

2. Простыми формами легче оперировать, так как их всего 47, а комбинаций – бесконечное множество.

3. И то, и другое может быть точной характеристикой габитуса монокристалла.

4. Одни виды монокристаллов кристаллизуются простыми формами, а другие комбинациями.

3. Какие элементы симметрии имеются в следующей группе кристалла mmm:

1. Три плоскости симметрии.

2. Такая группа отсутствует 3. Плоскости симметрии и центр инверсии.

4. Три плоскости симметрии, три двойных оси и центр инверсии.

4. Как правильно указать наличие в монокристалле плоскости симметрии и перпендикулярной к ней двойной поворотной оси:

2. 2 / m 3. 2m 4. 2, m, VI. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) а) основная литература:

1. Квеглис, Л. И. Диссипативные структуры в тонких нанокристаллических пленках [Электронный ресурс] : монография / Л. И. Квеглис, В. Б. Кашкин ; отв. ред. В. Ф.

Шабанов. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. - 204 с. - ISBN 978-5-7638-2101-7.

http://www.znanium.com/bookread.php?book= Фаддеев М.А., Хохлов А.Ф., Чупрунов Е.В. Основы кристаллографии. М.: Физматлит.

2004. 500с.

2. Егоров-Тисменко Ю.К.. Егоров-Тисменко Е.К. Кристаллография и кристаллохимия. М.:

КДУ. 2010. 592с.

б) дополнительная литература:

1. М.П.Шаскольская. Кристаллография. М. 1972.

2. Г.М. Попов, И.И.Шафрановский. Кристаллография. М. 1972.

3. Ю.М. Смирнов. Кристаллография. Учебное пособие К. 1989.

4. Ч.Киттель. Введение в физику твердого тела. М. 5. Ю.М. Смирнов. Введение в физику кристаллизации. Учебное пособие. К. 1980.

4. Ю.М. Смирнов. Физика кристаллизации. Учебное пособие. К.1985.

6. В.В.Нардов. Практическое руководство по геометрической кристаллографии. Л. 1979.

7. К.Т.Вильке. Выращивание кристаллов. Л. 1977.

8. Ю.М. Смирнов. Природная керамика. Учебное пособие. Т.1995.

9. Ю.М. Смирнов. Выращивание кристаллов в лаборатории. Учебно-методическое пособие. Тверь. 2002.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы- см.п.5 ООП и www.crystallography.ru, www.crys.ras.ru VII. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Реальные моно- и поликристаллы; модели простых форм и комбинаций; модели кристаллической структуры веществ, модели плотных упаковок, заготовки для производства интегральных схем и интегральные схемы.

Программа составлена в соответсвии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 011800.62 – Радиофизика и профилю подготовки Материалы для радиофизики и радиоэлектроники, Физика и технология радиоэлектронных приборов и устройств