Учебно-методический комплекс для магистров «Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок» (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

УМО для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематического направления ННС

«Композитные наноматериалы»

Приложение к отчету по исполнению второго этапа Государственного контракта

№ П770 от 01.01.01 г.

Комплект 2

Том 10

Учебно-Методический Комплекс

для магистров

«Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок»

2009

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

дисциплины

«Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок»

цикла профессиональных дисциплин

(вариативная часть)

для подготовки магистров по направлению подготовки «Нанотехнология»

с профилем подготовки «Композитные наноматериалы»

СОДЕРЖАНИЕ

1.  Пояснительная записка…………………………………………………………………5

2.  Учебно-методический план дисциплины……………………………………………..9

3.  Рабочая программа учебной дисциплины …………………………………………..12

4.  Рабочая программа дисциплины (содержание курса)………………………………15

5.  План лекций по дисциплине………………………………………………………….15

6.  Примерные темы курсовых работ (рефератов)………………………………………20

7.  Вопросы для самостоятельного изучения……………………………………………20

8.  Контрольные вопросы по курсу в целом (вопросы к экзамену, зачету)…………………………………………………………………………………..21

9.  Тестовые материалы (используемые, в том числе, в рейтинговой системе)………………………………………………………………………………...22

10.  Список рекомендуемой литературы и электронных ресурсов………………………………………………………………………………..27

11.  Методические рекомендации по изучению дисциплины и организации самостоятельной работы студентов…………………………………………………29

12.  Методические рекомендации по выполнению курсовых работ (рефератов)…………………………………………………………………………….29

13.  Методические рекомендации для преподавателей…………………………………30

14.  Информационные технологии, используемые при изучении дисциплины и при организации самостоятельной работы студентов………………………………………………………………………………31

15.  Основное содержание лекционного курса: полные тексты лекций…………………………………………………………………………………31

1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к учебно-методическому комплексу дисциплины "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок "

Учебно-методический комплекс дисциплины "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок" составлен в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным планом подготовки магистров по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Выписка из Государственного Образовательного Стандарта

Индекс	Наименование дисциплин и их основные разделы	Всего часов
М.3	Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии: Физико-химические основы получения: наночастиц металлов и их соединений, аморфных неорганических наноструктур, тонких пленок и покрытий, пористых материалов, фуллеренов, углеродных нанотрубок и материалов на их основе, неуглеродных нанотрубок, нанопроволоки и наностержней, нанопористых тел, молекулярных сит, супрамолекулярных ансамблей и устройств, мицеллярных систем и микроэмульсий, жидких кристаллов, аэрозолей, золей, гелий, липосом, биомембран и другие нанообъектов биологического происхождения. Гетерогенные процессы формирования наноструктур и наноматериалов: молекулярно-лучевая эпитаксия, эпитаксия металлоорганических соединений из газовой фазы, коллоидные растворы, золь-гель технология, методы молекулярного наслаивания, электрохимические методы, сверхбыстрое охлаждение, сверхтонкие пленки металлов и диэлектриков; методы получения упорядоченных наноструктур: искусственное наноформообразование, самоорганизация в наносистемах, методы синтеза нанокристаллов осаждением в наноструктурированные матрицы; пучковые методы нанолитографии: электронная, ионная, рентгеновская; радиационные методы формирования наноструктур: образование наноструктур при кристаллизации аморфизированных слоев, формирование квантовых точек и проволок при ионном синтезе; методы зондовой нанотехнологии; Классификации нанокомпозитов (по химической природе матрицы, по форме и характеру укладки наполнителей из наночастиц и др.). Общие методы получения нанокомпозитов. Наноструктурированные стекла. Композиционные материалы на их основе. Проблемы и достижения нанотехнологии создания материалов, устройств и наномашин на современном этапе.	200

Цели и задачи курса

Курс "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок" принадлежит к числу специальных учебных дисциплин, предлагаемых обучаемым в рамках блока СП 01 и является одной из наиболее важных дисциплин в цикле профессиональной подготовки инженеров по специальности 210602 – «Наноматериалы». Она лежит в основе части образовательного процесса, ориентированного на непосредственное овладение обучаемыми основами теории и навыками получения наиболее доступных и широко используемых наноматериалов на основе углерода по наиболее дешевым и эффективным методикам, использующим различные типы электрических разрядов: дуговых, тлеющих, в газовой ячейке, и т. д.

В ней излагается обзор основных сведений о строении и свойствах композитных наноматериалов на основе углерода, необходимых для изучения методик их получения; дается изложение фундаментальных основ физики плазмы, на базе которых строится изучение физики и техники газовых разрядов различных типов, используемых для получения наноматериалов; рассматриваются особенности использования методов плазмохимии и физики газового разряда для производства нанокомпозитов, пути повышения качества нанопродукции, получаемой рассмотренными методами.

В курсе "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок" также рассматриваются общие и наиболее фундаментальные закономерности атомно-молекулярной физики, физики плазмы и физики газового разряда, знание которых необходимо обучаемым – будущим специалистам в области нанотехнологий не только эффективно участвовать в организации производств композитных наноматериалов, но и успешно разрабатывать новые методики для этих производств, основанные на использовании рассматриваемых в курсе фундаментальных законов и прикладных идей.

Курс "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок" требует предварительной подготовки студентов по таким дисциплинам как общая физика (термодинамика и основы статистической физики, электричество и магнетизм), атомная физика и квантовая механика (строения атомов и молекул, основы физики плазмы), общая химия (химия углеродосодержащих соединений, плазмохимия) и по математике (дифференциальное и интегральное исчисления, и др.).

Требования к уровню освоения учебной дисциплины

В результате изучения данного курса студент должен:

– иметь представление:

об основных принципах и закономерностях, обуславливающих строение и свойства углеродосодержащих наноматериалов, возможных областях их применения и особенностях требований, предъявляемых к производимым наноматериалам в зависимости от области их использования.

– знать:

основные законы физики и химии плазмы и физики газового разряда, основные методики использования этих законов для организации процессов синтеза наноструктур и композитных углеродосодержащих наноматериалов; основные физические закономерности, лежащие в основе методов выделения и очистки производимой нанопродукции, а так же – контроля ее качества.

– уметь:

проводить эксперименты по выбору методик получения углеродосодержащих нанопродуктов с заданными свойствами;

анализировать: процессы, происходящие в плазмохимических и газоразрядных средах, используемых для получения композитных наноматериалов на основе углерода;

проводить оценочные расчеты: электрических и термодинамических параметров газовых разрядов, используемых для синтеза композитных наноматериалов на основе углерода;

овладеть навыками применения основных экспериментальных методов диагностики параметров плазмохимических сред, используемых для получения композитных наноматериалов, а также – методов диагностики и оценки качества получаемых нанообъектов;

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.

Формы контроля:

Систематическое (не менее 3-4 раз в семестр) тестирование обучаемых по материалам каждого из четырех основных разделов лекционного курса, общий экзамен (зачет) по материалам всего курса, производимый в два этапа: письменная и устная части.

Оперативный контроль

Оперативный контроль проводится с целью отслеживания и необходимой корректировки качества усвоения материала читаемых в рамках курса "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок" лекций. Он осуществляется во фронтальной форме (письменно) по каждой из четырех разделов лекционного курса и содержит по 11 вопросов, требующих весьма катких ответов и выбираемых из общего списка (заранее доступного студентам) случайным образом. Время, отводимое Ответ на каждый из вопросов оценивается по трехбалльной системе (0, ½, 1). Суммарная оценка получается путем суммирования набранных за каждый из ответов очков и отбрасывания дробной части от получившейся суммы.

Итоговый контроль по курсу

Для контроля усвоения курса "Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок" учебным планом предусмотрен экзамен, проводимый в два этапа: письменная часть и устная. Письменная часть включает в себя 12 вопросов по всем четырем разделам курса лекций (по 3 вопроса по каждому из разделов, выбираемых случайным образом). Конечная оценка за письменную часть получается в результате суммирования набранных по всем вопросам баллов и умножения суммы на 4. По заявлению студентов в качестве оценки за письменную часть может быть использована сумма баллов, набранная ими на четырех тестах, проводимых в рамках оперативного контроля.

Вопрос о допуске к устной части экзамена решается на основании суммы баллов, набранной на письменной части. Студенты, набравшие на письменной части от 0 до 10 баллов включительно, на устную часть экзамена не допускаются и получают в качестве итоговой оценку «неудовлетворительно». Студенты, набравшие на письменной части экзамена от 11 до 20 баллов включительно, на устную часть экзамена не допускаются и получают в качестве итоговой оценку «удовлетворительно». Студенты, набравшие на письменной части экзамена более 20 баллов, допускаются на устную часть экзамена, на которой преподаватель имеет право выставить любую из четырех оценок («неуд.», «удовл.», «хор.» и «отл.») в зависимости от ответа студента. Во время бесед с экзаменуемым преподаватель имеет право, а в случае намерения выставить оценку «хор.» и «отл.» - обязан включить в дополнительные вопросы те, которые вызвали у экзаменуемого затруднения при выполнении письменной части экзамена или тестов. По заявлению студентов преподаватель имеет право освободить их от сдачи устной части экзамена. В этом случае студентам, набравшим на письменной части от 21 до 30 баллов включительно может быть вставлена итоговая оценка «удовлетворительно», а набравшим более 30 баллов – «хорошо». Преподаватель, обеспечивающий чтение лекций по курсу, имеет право изменить условия освобождения студентов от части мероприятий по контролю знаний и изменить критерии выставления оценок лишь в сторону усиления требований, предъявляемых к студентам. Правила выставления оценок по дисциплине должны быть доведены до сведения обучаемых не позднее, чем в течение месяца после начала чтения курса.

Контрольные пункты проверки знаний

Теоретические контрольные (тесты) проводятся четыре раза в семестр – сразу после окончания чтения лекций по соответствующему разделу дисциплины.

2 УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ

"Плазмохимические методы получения композитных материалов на основе композитных нанотрубок"

Виды учебных занятий, их объем и формы итогового контроля представлены в таблице 1.

Таблица 1

Виды учебных занятий	Трудоемкость учебных занятий (час.)
Общая	11 семестр	12 семестр
Аудиторные занятия	**	**	**
Лекции	32	32	-
Лабораторные работы	-	-	-
Семинарские занятия	....	....	....
Самостоятельная работа	....	....	....
Подготовка к коллоквиумам	.16	16	....
Выполнение индивидуальных заданий	....	....	....
Подготовка к контрольным работам	....	....	....
Выполнение курсовой работы	....	....	....
Подготовка к зачетам	....	....	....
Подготовка к экзаменам	16	16	....
Дисциплина в целом	64	64	-
Формы итогового контроля	1 экз.	экзамен	-

Учебно-тематический план учебной дисциплины представлен в таблице 2.

Таблица 2

Темы учебной дисциплины	Всего часов	Кол-во аудиторных часов	Кол-во часов сам. раб
Лекции	Лаборатории	Практ. занят.
РАЗДЕЛ I НАНОТЕХХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ (СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА)
Тема 1. Нанотехнологии: первое знакомство	4	2	-	-	2
Тема 2. Структура фуллеренов и нанотрубок	4	2	–	-	2
Тема 3. Материалы и композиты на основе углеродных нанотрубок	4	2	-	-	2
Тема 4. Полимеры и композиционные материалы на основе нанотрубок	4	2	-	-	2
РАЗДЕЛ II ОСНОВЫ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ
Тема 5. Плазма, как среда, используемая при промышленном получении и синтезе углеродных наноструктур	4	2	-	-	2
Тема 6. Общие сведения о плазменной среде	4	2	-	-	2
Тема 7. Равновесная плазма. Локальное термодинамическое равновесие. Элементарные процессы.	4	2	-	-	2
Тема 8. Введение в прикладную физику плазмохимических газоразрядных процессов и технологий	4	2	-	-	2
РАЗДЕЛ III ОСНОВЫ ФИЗИКИ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА
Тема 9. Основные сведения из физики газовых разрядов, их классификация	4	2	-	-	2
Тема 10. Тлеющие (glow) разряды постоянного тока	4	2	-	-	2
Тема 11. Дуговые разряды	4	2	-	-	2
Тема 12. Положительный столб дуги высокого давления	4	2	-	-	2
РАЗДЕЛ IV ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА
Тема 13. Методы синтеза и получения фуллеренов	4	2	-	-	2
Тема 14. Методы получения углеродных нанотрубок	4	2	-	-	2
Тема 15. Методы очистки углеродных нанотрубок	4	2	-	-	2
Тема 16. Сравнительные характеристики эффективности различных плазмохимических методов получения наноматериалов и нанокомпозитов на основе углерода	4	2	-	-	2
ВСЕГО	64	32	-	-	32

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА