«Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий»

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Согласовано	Утверждаю
Руководитель направления декан МФ проф. ______________ «___» ___________ 2012 г.	Зав. кафедрой МиТХИ, проф. __________ «___» ___________ 2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий»

Направление подготовки: 150100.68 «материаловедение и технологии материалов»

Магистерская программа: «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: заочная

Составитель: ст. преподаватель

Программа является приложением

к учебному плану в соответствии с ФГОС-2010

Санкт-Петербург

2012

1. Цель и задачи дисциплины.

Цель преподавания дисциплины – освоение принципов работы различных типов современного оборудования для изучения структуры и свойств наноматериалов и покрытий.

Задачи изучения дисциплины – научить магистранта понимать принципы действия современного оборудования и помочь ему освоить методики работы на различных типах исследовательского оборудования в зависимости от изучаемых характеристик материала и его физических, химических и механических свойств.

2. Место дисциплины в структуре ООП.

Дисциплина «Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий» предназначена для студентов очной формы обучения квалификации магистр по направлению 150100.68 – «Материаловедение и технологии материалов» для магистерской программы «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий». Технологии производства наноматериалов являются на сегодняшний день одними их новейших достижений современного производства материалов. Для изучения этого нового класса материалов понадобилось создание современного сложного оборудования, с которым курс «Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий» знакомит магистрантов вышеназванной программы. Дисциплине предшествуют следующие дисциплины, читаемы на первом курсе магистратуры: «Основы научных исследований», «Физические основы лазерного излучения», «Физика и химия конденсированного состояния / Теория электронного строения твердых тел », «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов», «Наноструктурная керамика и полимеры / Углеродные наноматериалы», «Объемные наноструктурированные конструкционные наноматериалы». Изучение данной дисциплины необходимо для возможности выполнения научно-исследовательской работы, а также прохождения научно-исследовательской и преддиссертационной практики.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у магистранта следующих компетенций:

Общекультурных:

ОК-2: владеет навыками развития научного знания и приобретения нового знания путем исследований, оценки, интерпретации и интегрирования знаний, проведения критического анализа новых идей;

ОК-7: способен к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов (в соответствии с целями ООП магистратуры) и формулированию новых исследовательских задач на основе возникающих проблем;

Профессиональных:

Общепрофессиональных:

ПК-1: владеет базовыми знаниями теоретических и прикладных наук и развивает их самостоятельно с использованием в профессиональной деятельности при анализе и моделировании, теоретическом и экспериментальном исследовании материалов и процессов;

ПК-4: способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного, научно-педагогического и производственного профиля своей профессиональной деятельности;

Научно-исследовательская и расчетно-аналитическая деятельность:

ПК-7: понимает и самостоятельно использует физические и химические основы, принципы и методики исследований, испытаний и диагностики веществ и материалов, имеет навыки комплексного подхода к исследованию материалов и технологий их обработки и модификации, включая стандартные и сертификационные испытания материалов, изделий и процессов;

ПК-8: способен самостоятельно использовать современные представления наук о материалах при анализе влияния микро - и нано - масштаба на механические, физические, поверхностные и другие материалов, взаимодействия материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками;

Производственные и проектно-технологические компетенции:

ПК-12: владеет навыками самостоятельного использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, структуры и свойств материалов и изделий из них, планирования и реализации исследований и разработок;

ПК-14: способен к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с целями ООП магистратуры;

В результате освоения данной дисциплины магистрант должен:

Знать: - основные типы оборудования для исследования наноматериалов и покрытий;

- основные методики исследования, применяемые на различных типах оборудования

- требования к образцам исследуемых объектов

Уметь: - определять и подбирать нужный тип оборудования для исследования материалов с различными свойствами;

- выбирать наиболее наилучшим образом применимую для определенного типа исследований методику

- подготавливать образцы для исследования в соответствии с характеристиками прибора и материала образца;

Владеть: - навыками работы с приборами, принципами их настройки, проведения измерений, снятия показаний с прибора и расшифровке полученных изображений, а также владеть навыками анализа полученных результатов.

4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 4 зачётных единицы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
3
Аудиторные занятия (всего)	20	20
В том числе:
Лекции	4	4
Практические занятия (ПЗ)	8	8
Семинары (С)	0	0
Лабораторные работы (ЛР)	8	8
Самостоятельная работа (всего)	115	115
В том числе:
Курсовой проект (работа)	0	0
Расчётно-графические работы	0	0
Реферат	0	0
Другие виды самостоятельной работы:
Подготовка к лабораторным работам	10	10
Составление отчетов к лабораторным работам	10	10
Защита лабораторных работ	1	1
Составление отчетов по практическим работам	15	15
Работа с литературой	34	34
Подготовка к сдаче экзамена	36	36
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)	9	Экзамен
Общая трудоёмкость час зач. ед.	144	144
4	4

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1	Введение в дисциплину.	Оптические и электронные микроскопы. Принципы их действия. Электронная микроскопия. Туннельный эффект. Атомно-силовое взаимодействие.
2	Просвечивающая электронная микроскопия.	Основной принцип действия просвечивающего электронного микроскопа. Схема устройства просвечивающего электронного микроскопа. Методики исследования в электронной просвечивающей микроскопии. Подготовка образцов и основные требования к исследуемым материалам.
3	Сканирующая растровая электронная микроскопия.	Основной принцип действия сканирующего растрового электронного микроскопа. Схема устройства сканирующего электронного микроскопа. Методики исследования в электронной сканирующей растровой микроскопии. Подготовка образцов и основные требования к исследуемым материалам.
4	Сканирующая зондовая туннельная микроскопия	Основной принцип действия сканирующего зондового туннельного микроскопа. Схема устройства сканирующего зондового туннельного микроскопа. Методики исследования в туннельной микроскопии. Подготовка образцов и основные требования к исследуемым материалам. Метод постоянного тока. Метод постоянной высоты. Метод отображения работы выхода. Метод отображения плотности состояний. I(z) спектроскопия. I(v) спектроскопия.
5	Сканирующая зондовая атомно-силовая микроскопия	Основной принцип действия сканирующего зондового атомно-силового микроскопа. Схема устройства сканирующего зондового атомного-силового микроскопа. Методики исследования в сканирующей атомно-силовой микроскопии. Подготовка образцов и основные требования к исследуемым материалам. Контактные методики. Динамические контактные методы. "Полуконтактные" методы. Бесконтактные методы. Многопроходные методы.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5
1	Магистерская диссертация	+	+	+	+	+
2	Проектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов и покрытий		+	+	+	+
3	Научно-исследовательская работа		+	+	+	+
4	Научно-исследовательская практика		+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекции	Прак. зан.	Лаб. зан.	Семин.	СРС	Всего час.
1	Введение в дисциплину.	4	0	0	0	8	12
2	Просвечивающая электронная микроскопия.	0	4	0	0	22	30
3	Сканирующая растровая электронная микроскопия.	0	4	0	0	22	30
4	Сканирующая зондовая туннельная микроскопия	0	0	4	0	30	36
5	Сканирующая зондовая атомно-силовая микроскопия	0	0	4	0	20	36

6. Лабораторный практикум:

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ	Трудо-ёмкость (час.)
1	4	Виртуальная лабораторная работа с использованием флэш-моделей. Изучения принципов действия и методик исследования наноматериалов и покрытий при помощи туннельной сканирующей микроскопии.	4
2	5	Виртуальная лабораторная работа с использованием флэш-моделей. Изучения принципов действия и методик исследования наноматериалов и покрытий при помощи туннельной атомно-силовой микроскопии.	4

7. Практические занятия (семинары):

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование практических работ	Трудо-ёмкость (час.)
1	4	Расчет распределения работы выхода электронов при работе с СТМ.	2
2	Расчет распределения плотности электронных состояний при работе с СТМ	2
3	Расчет зависимости туннельного тока от расстояния зонд-образец при работе с СТМ	2
4	2, 3, 4, 5	Сравнительный анализ возможностей и методик различных типов электронной микроскопии.	2

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): программой не предусмотрены.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.  , , . Нанотехнологии и специальные материалы: учебник для вузов. – СПб.: Химиздат, 2009. – 336 с.

, Рагуля материалы. М.: Академия, 2005, 192 с. Диагностика нанопорошков и наноматериалов: учебное пособие / , , . – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 249 с.

4.  Перспективные материалы: структура и методы исследования / Под ред. . Тольятти: ТГУ – МИСИС, 20с.

5.  Промышленные технологии и инновации. Оборудование для наноиндустрии и технология его изготовления: учебное пособие / , , . – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. – 132 с.

б) дополнительная литература

– Развитие сканирующей туннельной и силовой микроскопии.// Приборы и техника эксперимента, № 1, с. 24 –, - "Физические основы сканирующей зондовой микроскопии", Уфа, РИО БашГУ, 2003, 82с.

в) программное обеспечение: Microsoft Office.

г) ресурсы Интернет.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

а) Кафедральная компьютерная аудитория № 000, мультимедийные аудитории вуза.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность теоретических представлений и практических навыков по дидактическим единицам, изложенными в тексте программы во взаимосвязи с последующими и смежными дисциплинами.

Теоретические представления студент получает в результате установочной лекции и самостоятельного изучения литературных источников (учебников и учебных пособий). Теоретические представления закрепляются в процессе выполнения контрольных и самостоятельных работ.

Практические навыки студентом приобретаются в ходе выполнения рекомендованного программой учебного лабораторного практикума, подготовке к лабораторным работам и оформления отчетов по результатам выполнения лабораторного эксперимента, а также при решении задач во время проведения практических занятий.

Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является совокупностью данных по успешности выполнения студентом требований ФГОС ВПО, учебного плана, примерной учебной программы и включает

- посещение лекционных, практических и лабораторных занятий;

- выполнение учебного лабораторного практикума и предоставления отчетов по лабораторным работам в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ и сроками сдачи отчетов, разрабатываемым лектором потока.

Разработчики:

кафедра МиТХМ ст. преподаватель

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)

Эксперты:

кафедра МиТХМ доцент

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)