ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Ректор ВГУ,
профессорВ.Т. Титов
«_»2010 г.
ПРОГРАММА
повышения квалификации научно-педагогических работников федеральных государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования по направлению«ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ПО ПРИОРИТЕТНЫМ
НАПРАВЛЕНИЯМ НАУКИ, ТЕХНИКИ, КРИТИЧЕСКИМ
ТЕХНОЛОГИЯМ, СЕРВИСА. НАНОТЕХНОЛОГИИ И
НАНОМАТЕРИАЛЫ»
Воронеж, 2010 г.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ Цель программы: Повышение квалификации научно-педагогических работников федеральных государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования в области междисциплинарного научно-технического направления – наноиндустрия, включающего технологию, материалы, измерительное и технологическое оборудование, программные средства, метрологическую, информационную, организационно-экономическую культуру, подготовку кадров, обеспечивающих производство наукоемкой продукции, основанной на использовании фундаментальных свойств материалов и систем при переходе к наномасштабам. Изучение особенностей федеральных государственных образовательных стандартов 3 поколения.
Для достижения этой цели решаются следующие задачи:
- знакомство с приоритетными направлениями науки, техники и критическими технологиями Российской Федерации, интегрированными задачами и подходами в подготовке кадров в области высоких технологий, с методологией интегрированного научно-технического направления в науке, образовании и производстве – наноиндустрии;
- овладение основными методами современного технологического и измерительного оборудования для получения и экспериментального изучения нанообъектов на базе центра коллективного пользования научным оборудования ВГУ;
- приобретение навыков работы на уникальном оборудовании в лабораториях с удаленным доступом на основе Интернет-технологий;
- овладение лицензионными профессионально-ориентированными программными средами для моделирования наносистем, разработки новых технологий, проектирования элементной базы наноэлектроники;
- знакомство с новыми формами организации учебного и научного процесса в области критических технологий;
- выполнение индивидуального аттестационного научного или образовательного проекта области наноиндустрии с использованием научно-технологической, информационной баз и научно-педагогических школ Воронежского государственного университета;
- изучение региональной и межрегиональной интеграции вузов в образовательных и научных программах в области технологий.
Актуальность обеспечивается направленностью проекта на решение задач, необходимых для реализации федеральных целевых и иных программ в сфере критических технологий, в том числе, нанотехнологий, которые являются стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации в сфере политики, экономики, национальной безопасности, социальной сфере, в сфере образования и науки.
Проект направлен на повышение эффективности использования интеллектуального и научно-технического потенциала региона в области развития приоритетных направлений науки, техники.
Практическая ценность. Формирование межрегионального научного сообщества, подготовка и переподготовка кадров, нацеленных на решение научных, технологических и производственных проблем по критическим технологиям, нанотехнологии.
Распространение знаний в области критических технологий, включающих нанотехнологии. Разработка и внедрение новых подходов в обучении специалистов в области высоких технологий.
Соответствие задачам, стоящим перед научно-педагогическими работниками федеральных государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования обеспечивается обновлением базовых знаний, навыков преподавателей в области нанотехнологий, методик обучения в условиях применения новых информационных технологий с использованием удаленного доступа при пользовании научным оборудованием, знакомством с современными профессиональноориентированными программными пакетами, знакомством с новыми формами организации учебного и научного процесса в области наноиндустрии – центрами коллективного пользования научным оборудованием, технопарками.
Интерес к данной программе для научно-педагогических работников федеральных государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования достаточно большого числа разных вузов обеспечивается наличием в Воронежском государственном университете ведущих научно-педагогических школ в области физики, химии, математики, биологии, геологии, ведущих работы в области нанотехнологий;
наличием уникального научного оборудования, цента коллективного пользования научной информацией, технопарка, информационного центра научно-технологического сотрудничества с ЕС, развитой информационной системы.
Предполагаемое количество слушателей в 2010 г. – преподавателей вузов Рособразования по приоритетному направлению повышения квалификации: 60.
ВИДЫ ЗАНЯТИЙ, КОЛИЧЕСТВО УЧЕБНЫХ ЧАСОВ
Виды занятий Количество учебных часов Лекции Практические занятия Индивидуальные занятия с преподавателем Самостоятельные занятия ВСЕГО Итоговая аттестация2. ПЕРЕЧЕНЬ ДИСЦИПЛИН И РАЗДЕЛЫ
2.1. НАИМЕНОВАНИЕ ТЕМ 1. Федеральные государственные образовательные стандарты 3 поколения (ФГОСОсобенности российской системы образования. Закон РФ «Об образовании».Нормативно-правовая база образования – основные положения и документы.
Многоуровневое образование. Особенности федеральных государственных образовательных стандартов 3 поколения. Компетентностный подход как основа построения новых образовательных стандартов. Проектирование ООП вуза, реализующих ФГОС высшего профессионального образования 3 поколения. Компетентностная модель выпускника вуза, приведенная во ФГОС, и необходимость ее дополнения в соответствии с потребностями регионального рынка труда и возможностям научно-педагогических школ вуза. Проектирование базового и рабочего учебных планов в составе ООП, реализующих требования ФГОС ВПО: основные требования; ограничения, необходимые при создании учебных планов; учебные графики. Кредитно-модульный формат учебных планов.
Проектирование компетентностно-ориентированных программ учебных дисциплин и практик в составе ООП, реализующих требования ФГОС ВПО. Учебно-методические комплексы дисциплин. Разработка компетентностной модели выпускника образовательной программы. Учебные планы в кредитно-модульном формате. Российский рынок образовательных услуг, особенности его функционирования и развития, конкуренция на рынке. Болонский процесс. Многоцикловое обучение, мобильность.
Изменения в системе российского образования, возникающие при вхождении России в ВТО. Качество образования. Дистанционное и открытое образование. Системы подготовки кадров и повышения квалификации. Кредитно-балльно-рейтинговые системы.
Связь науки и образования, организация НИР в учебном заведении. Инновационная деятельность. Организация научного руководства аспирантами и магистрантами. НИР студентов.
2. Проблема качества подготовки специалистов по критическим технологиям.
Базовые критические технологии Российской Федерации. Слияние био-наноинформационных технологий. Энергетика: атомная, водородная, новые и возобновляемые источники энергии, производство топлива и энергии из органического сырья.
Информационные технологии: биоинформационные технологии, технологии обработки и защиты информации, распределенные вычисления и системы. Электроника:
наноэлектронные компоненты, микро- и наносистемная техника. Технологии создания и обработки материалов: кристаллических, композиционных и керамических, полимеров и эластомеров, мембран и каталитических систем, наноматериалов. Био- и медицинские технологии: клеточные, биокаталитические, биосинтетические, биосенсорные технологии, геномные и постгеномные технологии создания лекарственных средств, создание биосовместимых материалов, биоинженерия. Экология: мониторинг и прогнозирование состояния атмосферы и гидросферы, энергосберегающие технологии, экологически безопасные ресурсосберегающие технологии производства продуктов питания. Опыт ЕС в подготовке специалистов по критическим технологиям. Системный подход в экономике.
Механизмы передачи научных исследований в нанотехнологиях. Использование глобальных информационных, телекоммуникационных и научных ресурсов.
Межотраслевое взаимодействие. Межкультурная коммуникация. Охрана интеллектуальной собственности. Конвергенция и интеграция в нанотехнологиях. Риски и этические проблемы, связанные с развитием нанотехнологий.
3. Приоритетные направления развития наноиндустрии в Российской Федерации.
Элементная база наноэлектроники и нанофотоники. Устройства сверхплотной записи информации. Телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии, суперкомпьютеры. Молекулярные электронные устройства, нанолитография. Топливные элементы, устройства для хранения энергии. Устройства микро- и наномеханики, молекулярные моторы, нанороботы. Нанохимия и катализ. Средства обеспечения безопасности и борьбы с терроризмом. Авиационные, космические и оборонные приложения. Устройства контроля окружающей среды. Медицина и здравоохранение.
Биомеханика, геномика, биоинформатика, биосенсорика. Знакомство с основными научными, образовательными и индустриальными проектами ведущих государств мира.
4. Методы анализа наноструктур. Проблемы метрологии наносистем. Техника и методы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующая туннельная, атомно-силовая, электросиловая, магнитосиловая, ближнеполевая оптическая микроскопия. Контактные и бесконтактные методы, локальный контроль топологических параметров, электрических и магнитных свойств, адгезионных параметров. Интерферометрия, эллипсометрия, растровая электронная микроскопия. ИК-Фурье спектроскопия. Методы исследования структуры, рентгеноструктурный анализ, просвечивающая электронная микроскопия, электронография, малоугловая дифракция, ультрамягкая рентгеновская спектроскопия, синхротронные источники излучения с длинами волн нанометрового диапазона. Ядерные методы исследования наносистем. Мессбауэровская гамма-резонансная спектроскопия.
Ядерный магнитный резонанс. Гамма-гамма угловая корреляция.
5. Наноматериалы. Термодинамика и статистическая механика малых систем. Фазовые переходы в наносистемах. Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур. Молекулярные кластеры. Коллоидные кластеры. Твердотельные нанокластеры и наноструктуры. Нанопористые полупроводниковые материалы на основе кремния и A3B5. Матричные нанокластеры и супрамолекулярные наноструктуры.
Углеродные наноматериалы: нанотрубки, фуллерены, нановолокна. Нанокомпозиты:
конструкционного назначения со специальными механическими, термическими и химическими свойствами; для электронных и фотонных информационных систем.
Биоорганические материалы для биомедицины и биотехнологии, биологические наноструктуры, протеины, мицеллы, ДНК. Биосовместимые материалы:
гидрооксиапатиты. Физические методы получения наночастиц: молекулярные пучки, молекулярно-лучевая эпитаксия, магнетронное распыление, ударные волны, аэрозольный метод, низкотемпературная плазма, механо-химическое и ультразвуковое диспергирование, воздействие электромагнитных полей на наносистемы. Химические методы: пиролиз, распад под действием излучения, восстановление в растворе, криохимический синтез, электрохимический синтез, плазмохимия.
6. Компьютерное моделирование наноструктур. Метод молекулярной динамики и Монте-Карло. Профессионально-ориентированный программный пакет компьютерного моделирования наноструктур GAUSSIAN. Моделирование энергетической структуры наноразмерных структур первопринципными методами. Самоорганизованные наноструктуры. Фрактальные нанокластеры. Стохастический и нелинейно-динамический анализ пространственно-временных самоорганизованных наноструктур. Хаотическая синхронизация. Анализ локальной регулярности. Вейвлет-преобразование. Реконструкция динамики нелинейно-динамической системы. Биологические наноструктуры. Уровни организации ферментов. Построение трехмерных компьютерных моделей биологических наноструктур по данным рентгеноструктурного анализа. Компьютерный анализ топологии биологических макромолекул, определение упорядоченности макромолекул.
Нейронные сети.
7. Нанотехнологии. Зондовые методы формирования наноразмерных структур, контактное и бесконтактное формирование нанорельефа, локальный синтез и модифицирование поверхности металлических, полупроводниковых и диэлектрических подложек. Электрохимический массоперенос, локальное анодное окисление. Атомномолекулярная химическая сборка неорганических и органических веществ, полимеров.
Позиционная сборка атомов и молекул, молекулярная самосборка, молекулярное наслаивание, технология Ленгмюр-Блоджет. Криохимическая технология нанопорошков.
Золь-гель технология. Плазмохимическая технология синтеза наночастиц, прецизионная обработка материалов. Получение самоорганизованных наноструктур. Биомедицинские нанотехнологии, биосеноры, биочипы, биоинформационные системы. Радиационные нанотехнологии. Радиационный синтез наночастиц металлов и полупроводников.
Радиационное отверждение полимерных нанокомпозитов. Ион-трековая технология.
Нанотехнологии на основе магнитных и микроволновых воздействий.
8. Наноэлектроника. Элементная база наноэлектроники: квазиодномерные проводники, инверторы, полупроводниковые квантоворазмерные структуры, одноэлектронные наноструктуры, спиновые наноструктуры. Основные типы нанотранзисторов. Элементная база квантовых компьютеров. Нейронные сети и нейрокомпьютеры. Элементная база нейрокомпьютеров.
9. САПР в микро- и наноэлектронике. Пакет приборно-технологической САПР ISE TCAD. Этапы проектирования, оболочка GENESIS. Физико-технологическое моделирование полупроводниковых приборов, программа DIOS. Расчет электро-, теплофизических, оптических параметров, программа DESSIS. Моделирование квантоворазмерных эффектов и приборов наноэлектроники.
2.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПО ТЕМАМ
2.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ 4. Интернет-практикум по СЗМ-микроскопии. Получение АСМ – изображения тестовых объектов с удаленным доступом в контактном и полуконтактном режимах. Освоение стандартных процедур обработки изображения на тестовых объектах (графит, слюда).Освоение основных процедур для анализа топологии поверхности, оценка шероховатости. Знакомство с галереей АСМ-изображений ВГУ, ведущих производителей СЗМ (фирмы NT-MDT и др.) 4. Электронная микроскопия и микроанализ нанообъектов на сканирующем электронном микроскопе JSM-6380 LV. Подготовка образцов различной природы, изучение морфологии тестовых образцов в интервале увеличений 30-150000. Количественный элементный анализ тестовых образцов на энергодисперсионной приставке INCA Energy 250. Нанотрубки. Нанокомпозиты.
4. Эллипсометрия. Эллипсометрические измерения параметров тонких пленок на отражающих подложках. Определение показателя преломления, толщины пленки, оценка общей и локальной неравномерности толщины пленки.
5. СЗМ-микроскопия нанообъектов. Магнитная силовая микроскопия ферромагнитных пленок. Нанопористые полупроводники и диэлектрики Бионаноструктуры.
исследования. ИК-спектроскопия. Хроматография.
Моделирование и экспериментальные исследования методами оптической и электронной микроскопии.
6. Компьютерный дизайн биомакромолекул. Работа с Интернет базой пространственных моделей ферментов в программе Molscript.
Определение числа и типов элементов вторичной структуры фермента. Анализ упорядоченности молекулы фермента.
6. Компьютерное моделирование наноструктур. Алгоритм Верлета. Двухчастичные и многочастичные потенциалы взаимодействия.
Пакет компьютерного моделирования GAUSSIAN. Моделирование нанокластеров инертных газов, фуллеренов, магнитных нанокластеров.
6. Моделирование энергетической структуры наноразмерных структур. Знакомство с методами Хартри-Фока, методом DFT, расчет энергетической структуры, построение колебательных спектров, влияние внешних полей на энергетическую структуру.
6. Нейросетевые структуры и технологии. Работа с пакетом Neutral Networks Toolbox Matlab. Распознавание образов. Экспертные системы. Прогнозирование. Нейросетевые структуры в биологии, медицине. Искусственный интеллект.
7. Зондовые методы нанолитографии. Механическая зондовая нанолитография. Метод локального зондового окисления.
Иммобилизация ферментов на локально окисленную поверхность.
7. Генная инженерия. Амплификация участков генома с помощью ПЦР, клонирование, рестрикционный анализ, блоттинг.
8-9. Моделирование полевых полупроводниковых приборов в САПР ISE TCAD. Создание проекта. Создание физико-технологической модели. Расчет передаточной характеристики, определение порогового напряжения. Расчет семейства выходных характеристик.
Определение пробивного напряжения.
2.4.ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ
Подготовка новых лекций, практических занятий, научных проектов по актуальным направлениям нанотехнологий при консультации ведущих ученых ВГУ.2.5.ТЕМАТИКА ИТОГОВЫХ РАБОТ 1. Методы анализа наноструктур Нанодиагностика наноструктур различной природы методом сканирующей зондовой микроскопии. Определение параметров тонких диэлектрических пленок методом эллипсометрии. Изучение наноструктур различной природы методом растровой электронной микроскопии.
2. Наноматериалы. Углеродные наноматериалы. Наноструктурированные тонкие пленки.
Воздействие электромагнитных полей на наносистемы. Плазмохимические методы получения наноструктурированных материалов. Биоорганические материалы, глобулярные белки, ДНК. Биосовместимые материалы, гидрооксиапатиты.
Иммобилизация биоматериалов.
3. Компьютерное моделирование наноструктур. Моделирование термодинамических свойств нанокластеров Si. Моделирование энергетической структуры фуллеренов и эндоэдральных комплексов на их основе. Компьютерный анализ структуры биологических наноматериалов (протеинов, ДНК).
4. Нанотехнологии. Зондовые методы формирования наноразмерных структур.
Технология нанодопированных конструкционных материалов. Технология получения полупроводниковых нанопористых материалов. Нанолитография. Радиационный синтез наночастиц металлов и полупроводников.
5. Наноэлектроника. Квантовые точки на основе тройных и четверных твердых растворов соединений A3B5. Углеродные нанотранзисторы. Биосенсоры.
5. САПР в микро- и наноэлетронике. Моделирование квантоворазмерных эффектов в элементах наноэлектроники в САПР ISE TCAD. Моделирование технологических процессов и конструкции субмикронных полупроводниковых приборов и приборов наноэлектроники, имитация работы приборов.
6. Образовательные программы (лекции, практические занятия, учебные пособия) Физика наносистем. Химия наносистем. Материаловедение наносистем. Процессы нанотехнологий. Методы нанодиагностики. Наноэлетроника. Нанооптика. Наномеханика.
Биомедицинские технологии.
3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1. ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА Уайтсайдс Дж. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / Дж. Уайтсайдс, Д.Эйглер, Р.Андерс [и др.]. - М.: Мир, 2002.— 291 с.Неволин В. К. Зондовые нанотехнологии в электронике / В. К. Неволин. - М.:
Техносфера, 2005. - 147 с.
Суздалев И. П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наностуктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. - М.: КомКнига, 2006. - 589 с.
Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию / Н. Кобаяси. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 134 с.
Бурень В. М. Биология и нанотехнология : материалы для современной и будущей бионики / В.М. Бурень, О.В. Бурень. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. - 125 с.
Дьячков П. Н. Углеродные нанотрубки. Строение, свойства, применения / П.Н.
Дьячков. - М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 2006. - 293 с.
Герасименко Н. Н. Кремний - материал наноэлектроники: учебное пособие / Н.Н Герасименко, Ю. Пархоменко. - М.: Техносфера, 2007. - 351 с.
Альтман Ю. Военные нанотехнологии. Возможности применения и превентивного контроля вооружений: учебное пособие / Ю.Альтман. - М. : Техносфера, 2006. - 421 с.
Нанотехнологии в электронике / под ред. Ю.А. Чаплыгина. - М. : Техносфера, 2005.
- 446 с.
Нолтинг Б. Новейшие методы исследования биосистем / Б. Нолтинг. - М.:
Техносфера, 2005. - 254 с.
Гусев А. Иванович. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев.
- М.: Физматлит, 2005. - 410 с.
Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Мировые достижения за 2005 год: сборник / под ред. П.П. Мальцева. - М. : Техносфера, 2006. - 149 с.
«