Рабочая программа дисциплины «Перспективные неорганические материалы»

Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный университет»

Химический факультет

	УТВЕРЖДАЮ
	Проректор по научной работе
	________________
	«____»_______________ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Перспективные неорганические материалы»

(ОД. А.05.2; цикл ОД. А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта»

основной образовательной программы подготовки аспиранта

по отрасли 02.00.00. – Химические науки,

специальность 02.00.04 – Физическая химия)

Самара 2011

Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 02.00.04- Физическая химия, в соответствии с Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 02.00.04- Физическая химия по химическим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 000 от 01.01.2001 г., и учебным планом СамГУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.

Составитель рабочей программы: , проф., д. х.н.

Рабочая программа утверждена на заседании ученого совета химического факультета

протокол от 01.01.2001 г.

Декан химического факультета

«___»____________2011г. _________________

(подпись)

1. Цели и задач дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к уровню освоения содержания дисциплины

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины – изучение теоретических основ химии перспективных неорганических веществ и материалов, способов их получения и применения.

Задачи дисциплины:

Ø  раскрыть роль кристаллохимии в описании физических и химических свойств различных твердых материалов;

Ø  рассмотреть принципы протекания твердофазных реакций и способов получения различных твердых материалов и покрытий;

Ø  дать основные представления о физических свойствах различных твердых материалов, особенностях их химической природы, структуры и применении.

1.2. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины

Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

Иметь представление:

-  о классификации неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и области применения;

-  о принципах получения современных неорганических материалов и твердых покрытий;

-  о способах управления физическими свойствами твердых неорганических материалов с помощью физико-химических и структурных факторов.

Знать:

-  базовую терминологию, относящуюся к кристаллохимии и химии твердого тела;

-  понимать логику взаимосвязи "структура твердого тела - свойство";

-  понимать роль кристаллохимического строения твердого тела в проявлении различных физических свойств.

Уметь:

-  продемонстрировать связь химического состава и структуры твердых материалов с их физическими свойствами;

-  моделировать структуры данных кристаллов с помощью баз кристаллоструктурных данных;

-  выбрать оптимальные препаративные методы для получения твердых материалов заданного состава и структуры.

1.3.Связь с предшествующими дисциплинами

Курс предполагает наличие у аспирантов знание неорганической химии, физической химии, коллоидной химии, физики (раздел «Физика твердого тела»), а также должен иметь представление о строении вещества, кристаллохимии физических и химических свойств твердых тел, влияние дисперсности на свойства материалов.

1.4.Связь с последующими дисциплинами

Понятия, законы и методы, введенные в курсе "Перспективные неорганические материалы" необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 02.00.01 – неорганическая химия и последующей профессиональной деятельности.

2. Содержание дисциплины

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)

Форма обучения (вид отчетности)

2 год аспирантуры; вид отчетности – зачет.

Вид учебной работы	Объем часов / зачетных единиц
Трудоемкость изучения дисциплины	108 / 3
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	4
в том числе:
лекции	2
семинары	0
практические занятия	2
Самостоятельная работа аспиранта (всего)	104
в том числе:
Подготовка к практическим занятиям	0
Подготовка реферата	0
Подготовка эссе	0
Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку	104

2.2. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Название раздела дисциплины	Объем часов / зачетных единиц
лекции	семинары	практические занятия	самостоят. работа
1	Раздел 1. Введение.	2	0	0	10
2	Раздел 2. Препаративные методы химии твердого тела.	0	0	0	12
3	Раздел 3. Ионная проводимость в твердых телах.	0	0	0	12
4	Раздел 4. Высокотемпературные сверхпроводники.	0	0	0	10
5	Раздел 5. Сегнето-, пиро - и пьезоэлектрики.	0	0	0	12
6	Раздел 6. Магнитные свойства твердых тел.	0	0	0	12
7	Раздел 7. Люминесценция и лазеры.	0	0	0	12
8	Раздел 8. Стеклообразные материалы, керамика и композиты.	0	0	0	12
9	Раздел 9. Кристаллохимический дизайн.	0	0	2	12
	Итого:	2		2	104

2.3. Лекционный курс.

Раздел 1. Введение. Классификация неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Иерархия структуры материалов: молекулярная, кристаллическая и доменная структура, текстура, природа и структура важнейших дефектов. Экономические, технологические и экологические аспекты производства, эксплуатации и регенерации материалов.

2.4. Практические (семинарские) занятия.

№ п/п	Номер раздела	Количество часов	Тема практического занятия
1.	9	2	Кристаллохимический дизайн

3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний

3.1. Контрольные работы - не предусмотрены

3.2. Комплекты тестовых заданий - не предусмотрены

3.3. Самостоятельная работа

Темы, вынесенные на самостоятельное изучение аспирантов:

Раздел 1. Введение. Классификация неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Иерархия структуры материалов: молекулярная, кристаллическая и доменная структура, текстура, природа и структура важнейших дефектов. Экономические, технологические и экологические аспекты производства, эксплуатации и регенерации материалов.

Раздел 2. Препаративные методы химии твердого тела. Твердофазные реакции и факторы, влияющие на их протекание. Топотаксические и эпитаксиальные реакции. Экспериментальное обеспечение твердофазных реакций. Способы приготовления реакционных смесей. Препаративные методы. Транспортные реакции. Реакции внедрения и ионного обмена. Электрохимическое восстановление и нанесение покрытий. Анодное и термическое оксидирование. Катодное распыление. Испарение в вакууме. Выращивание монокристаллов. Гидротермальные методы. "Сухие" методы высокого давления. Основные представления о механизмах роста пленок и покрытий. Эпитаксия, ее применение в технологии полупроводниковых гетероструктур. Поликристаллические покрытия. Химическое осаждение пленок и покрытий из пара. Принципы CVD технологии. Использование золь-гель процесса при получении пленок. Технология Ленгмюра–Блоджетт. Важнейшие физические методы получения пленок и покрытий. Наноматериалы, особенность их свойств по сравнению с объемным состоянием вещества, реальные и потенциальные области использования. Современные физико-химические процессы получения наноматериалов и ультрадисперсных материалов.

Раздел 3. Ионная проводимость в твердых телах. Ионная проводимость и твердые электролиты. Типичные твердые электролиты и механизм проводимости. Галогенид - и кислородсодержащие ионные проводники. b-Al2O3, AgI и их производные. Кристаллохимические критерии возникновения суперионного состояния твердых тел. Важнейшие области применения твердых электролитов.

Раздел 4. Высокотемпературные сверхпроводники. Сверхпроводники, области их применения. Особенности кристаллохимии высокотемпературных сверхпроводников. Критические параметры ВТСП, основные требования к ним. Методы изменения характеристик ВТСП-материалов.

Раздел 5. Сегнето-, пиро - и пьезоэлектрики. Важнейшие классы диэлектриков, их основные характеристики. Сегнетоэлектрики, сегнетиэлектрики, особенности их структуры. Использование сегнетоэлектрических материалов для хранения информации. Пироэлектрики и пьезоэлектрики.

Раздел 6. Магнитные свойства твердых тел. Классификация магнитных свойств твердых тел. Диамагнетики и парамагнетики. Ферро-, ферри - и антиферромагнетики. Основные классы магнитных материалов, области их применения. Особенности структуры оксидов переходных металлов, шпинелей, гранатов, ильменитов и перовскитов.

Раздел 7. Люминесценция и лазеры. Виды люминесценции. Основные составляющие структуры люминофора. Типичные люминофоры, особенности их структуры. Ионы-активаторы. Твердотельные лазеры и материалы для лазеров.

Раздел 8. Стеклообразные материалы, керамика и композиты. Кинетика и термодинамика процессов кристаллизации и стеклования. Реальная структура оксидных, фторидных, силикатных, боратных, фосфатных и халькогенидных стекол. Концентрационное расслоение стекол. Физико-химические принципы упрочнения стекол. Химические основы технологии высокочистых стекол для оптоволокна. Стеклокерамика, свойства и области применения. Структура керамики. Керамические композиты. Ситаллы. Металлические стекла. Свойства материалов на основе металлических стекол. Фото - и термохромные стекла. Использование стекол в технологии захоронения ядерных отходов.

Раздел 9. Кристаллохимический дизайн. Основные факторы, определяющие структуру кристаллов неорганических соединений. Нестехиометрические оксиды. Структуры кристаллографического сдвига. Влияние нестехиометрии на состав, оптические, электрические и магнитные свойства веществ. Условия образования, полиморфизм и политипия соединений, относящихся к структурным типам перовскита, ильменита, шпинели. Изо - и гетеровалентные замещения. Влияние термодинамических условий на структуру кристаллов. Дислокации, механические свойства и реакционная способность твердых тел.

Базы кристаллоструктурных данных. Основные геометрические модели структуры кристаллов. Современные методы кристаллохимического анализа. Атомные и молекулярные полиэдры Вороного-Дирихле. Использование параметров полиэдров Вороного-Дирихле для выявления фазовых переходов второго рода, потенциальных твердых электролитов, прекурсоров для CVD технологии и корреляций состав – структура – свойства неорганических веществ.

3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и др.)

·  Мультимедийный учебник «Основы радиохимии и кристаллохимии соединений актинидов». Самара.:СамГУ, 2011.

·  Комплект сборника задач и упражнений в разработке.

3.3.2. Итоговый контроль Проводится в виде собеседования по всем изучавшимся разделам курса.

4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

·  Мультимедийный учебник «Основы радиохимии и кристаллохимии соединений актинидов». Самара.:СамГУ, 2011.

·  Компьютерые классы, оснащены ПЭВМ;

·  База кристаллоструктурных данных Сamridge Structural database system. Crystallographic Data Centre 2007.

·  Комплекс структурно – топологических программ TOPOS

5. Активные методы обучения

·  www. - электронные ресурсы издательства Springer

·  www. - электронные ресурсы издательства Elsevier

6. Материальное обеспечение дисциплины

1.  Электронный микроскоп ЭВМ-100 Б, металлографический микроскоп МОМ – 814

2.  Микротвердометры БПМТ-3 и Hauzer.

3.  Энергодисперсионный анализатор БРА-18

7. Литература

7.1. Основная (одновременно изучают дисциплину не более 5 человек).

1.  , , Третьяков твердого тела. М.: Издательский цент "Академия", 2006.

2.  , Путляев в химию твердофазных материалов. М.: Изд-во Моск. ун-та : Наука, 2006.

3.  , Скоробогатов химия. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004.

7.2. Дополнительная

4.  Фистуль и химия твердого тела, М.: Металлургия, 1995. Т. 1, 2.

5.  Химия твердого тела. В 2-х т. М.:Мир, 1988.

6.  International Tables for Crystallography. Volume A. Kluwer Academic Publishers. 2002.

7.  CVD-метод. М.: Наука, 2000.

8.  Гусев , беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле. М.: Физматлит, 2007.

9.  , Словохотов и их приложения в физике, химии, кристаллографии. М.: Издательский цент "Академия", 2005.

10.  Иванов-, Мурин твердого тела. Т. 1. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000.

11.  А. Уэллс. Структурная неорганическая химия, М.: Мир, 1987. Т.1-3.

7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине

12.  , , . Точечные группы симметрии. Самара.:СамГУ, 20с.

13.  , , Сережкин компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Часть I. Система управления кристаллоструктурными базами данных. Самара:Изд-во СамГУ, 2001.

14.  , , Сережкин компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Часть II. Прикладные программы. Самара:Изд-во СамГУ, 2001.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за___________/___________учебный год

В рабочую программу курса ОД. А.05 «Перспективные неорганические материалы», цикл ОД. А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Химические науки, 02.00.04- Физическая химия, вносятся следующие дополнения и изменения: