ВТСП: теория и материалы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ //

__________ _____________ 2011 г.

ВТСП: теория и материалы

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 020100.68 «Химия». Магистерская

программа «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях», уровень подготовки - магистр

(очная форма обучения)

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы ________________________

к. х.н.,ст. преподаватель

«______»___________2011г.

Рассмотрено на заседании кафедры неорганической и физической химии __.__ 20__ г. Протокол № __. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем _13_стр.

Зав. кафедрой ________________________

д. х.н., профессор

«______»___________ 20__г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ __.__ 20__ г. Протокол № __.

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________//

«______»_____________20__г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________//

«______»_____________20__г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных

технологий

Кафедра неорганической и физической химии

ВТСП: теория и материалы

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 020100.68 «Химия».

Магистерская программа «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях»,

уровень подготовки – магистр

(очная форма обучения)

Тюменский государственный университет

2011

ВТСП: теория и материалы. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020100.68 «Химия». Магистерская программа «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях», уровень подготовки – магистр, очная форма обучения. Тюмень, 2011, 13 с.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: ВТСП: теория и материалы [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой неорганической и физической химии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: зав. кафедрой неорганической и физической химии д. х.н., проф.

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

1.  Пояснительная записка

Дисциплина " ВТСП: теория и материалы " в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 020100.68 «Химия: Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях» является дисциплиной по выбору профессионального цикла ООП подготовки магистров.

Курс «ВТСП: теория и материалы» относится физическому циклу. Содержит сведенья о токопроводящих материалах, теориях возникновения эффекта сверхпроводимости, истории открытия ВТСП, способах получения сверхпроводников и перспективы их использования на практике.

Программа содержит пояснительную записку, тематический план занятий, перечень лабораторных работ, вопросы для самоконтроля и подготовки к зачету, список рекомендуемой литературы. Общая трудоемкость по учебному плану — 144 часа.

1.1.  Цели и задачи дисциплины

Цель курса состоит в предоставлении общей информации современных теоретических представлениях о природе высокотемпературных сверхпроводников, способах получения и перспективы практического применения.

В задачи курса входит:

·  познакомить студентов с современными теориями возникновения явления сверхпроводимости;

·  установить важные физические свойства ВТСП;

·  ознакомить с оксидными высокотемпературными сверхпроводниками;

·  дать навыки получения ВТСП различных составов.

1.2.  Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «ВТСП: теория и материалы» входит в дисциплины по выбору профессионального цикла подготовки магистров. Курс является продолжением и логическим завершением нормативного курса учебного плана бакалавров «Химия», предполагает углубленное изучение токопроводящих материалов. Изучение дисциплины базируется на следующих курсах: «Физическая химия», «Физика», «Химия твердого тела», «Кристаллохимия».

1.3. Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО.

В результате освоения ООП магистратуры выпускник должен обладать следующими компетенциями:

а) общекультурных (ОК):

·  пониманием принципов работы и умением работать на современной научной аппаратуре при проведении научных исследований (ОК-6).

б) профессиональных (ПК):

·  наличием представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и другие) (ПК-1);

·  владением теорией и навыками практической работы в избранной области химии (в соответствии с темой магистерской диссертации) (ПК-3);

·  умением анализировать научную литературу с целью выбора направления исследования по предлагаемой научным руководителем теме и самостоятельно составлять план исследования (ПК-4);

·  способностью анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения (ПК-5);

·  наличием опыта профессионального участия в научных дискуссиях (ПК-6);

·  умением представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической научной печати) (ПК-7);

·  способностью определять и анализировать проблемы, планировать стратегию их решения (ПК-10);

В результате изучения дисциплины «ВТСП: теория и материалы» студенты должны

знать: основные теории явления сверхпроводимости, кристаллохимические особенности и критические параметры ВТСП;

владеть: информацией о путях повышения критических характеристик и областях применения ВТСП-материалов ;

уметь: грамотно подбирать условия получения высокотемпературных материалов, исследовать их основные свойства и практически повышать критические параметры. 

2.  Структура и трудоемкость дисциплины.

Дисциплина «ВТСП: теория и материалы» читается на первом курсе магистратуры в первом семестре. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц (з. е.), 144 часа.

Таблица 1

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
1
Аудиторные занятия (всего)	72	72
В том числе:
Лабораторные работы (ЛР)	72	72
Из них в интерактивной форме	34	34
Самостоятельная работа (всего)	72	72
Вид промежуточной аттестации	Зач	Зач
Общая трудоёмкость час Зач. ед.	144	144
3	3

3.  Тематический план

Таблица 2

№	Тема	Недели семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час	Итого часов по теме	Из них в интерактивной форме	Форма контроля
Лабораторные занятия	Самостоятельная работа
1	2	3	5	6	7	8	9
1	Новые классы оксидных сверхпроводников	1	4	4	8	-	Проверка отчетов по лабораторной работе
2	Методы получения оксидных сверхпроводников	2-6	20	20	40	10	Проверка отчетов по лабораторной работе
3	Физико-химический анализ оксидного сверхпроводника	7-11	20	20	40	10	Проверка отчетов по лабораторной работе
4	Определение сверхпроводимости оксидных ВТСП	12-13	8	8	16	4	Проверка отчетов по лабораторной работе. Контрольная работа
5	Изучение физических свойств оксидных ВТСП	14-16	12	12	24	6	Проверка отчетов по лабораторной работе
6	Сопоставление оксидного сверхпроводника сульфидному соединению подобного состава	17-18	8	8	16	4	Проверка отчетов по лабораторной работе
	Итого за семестр (часов)		72	72	144	34	зачет
	Из них в интерактивной форме		34

Планирование самостоятельной работы студентов

Таблица 3

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов
обязательные	дополнительные
1	Новые классы оксидных сверхпроводников	Подготовка к лабораторным занятиям и контрольным работам. Выполнение домашних заданий.	Работа с учебной литературой.	1	4
2	Методы получения оксидных сверхпроводников	-"-"-	-"-"-	2-6	20
3	Физико-химический анализ оксидного сверхпроводника	-"-"-	-"-"-	7-11	20
4	Определение сверхпроводимости оксидных ВТСП	-"-"-	-"-"-	12-13	8
5	Изучение физических свойств оксидных ВТСП	-"-"-	-"-"-	14-16	12
6	Сопоставление оксидного сверхпроводника сульфидному соединению подобного состава	-"-"-	-"-"-	17-18	8
Итого	72

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами.

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6
1.	Научно-исследовательская работа магистра в семестрах	+	+	+	+	+	+
2.	Методы физико-химического анализа			+
3.	Химия фторидов, сульфидов металлов	+	+				+
4.	Химия конструкционных и функциональных материалов				+	+	+

5.  Темы лабораторных работ. (Лабораторный практикум)

1.  Новые классы оксидных сверхпроводников.

Цель работы: получить информацию о современных высокотемпературных сверхпроводниках, установить их состав и физические свойства.

Исходные данные: учебная и справочная литература.

Решаемые задачи: подбор условий для получения ВТСП заданного состава.

2.  Методы получения оксидных сверхпроводников.

Цель работы: получить оксидный сверхпроводник заданного состава из смеси оксидов.

Исходные данные: оксиды простых веществ.

Лабораторное обеспечение: аналитические весы, пресс, высокотемпературные печи.

Решаемые задачи: подготовить исходные вещества, приготовить смесь оксидов в заданном соотношении, спрессовать таблетку, термически обработать таблетку при необходимой температуре.

3.  Физико-химический анализ оксидного сверхпроводника.

Цель работы: провести физико-химический анализ (РФА, МСА, ДТА) полученного оксидного сверхпроводника.

Исходные данные: полученный оксидный сверхпроводник заданного состава.

Лабораторное обеспечение: ДРОН 3М, ДРОН 6, ДРОН 7, микроскопы МЕТАМ РВ – 22, установка ДТА.

Решаемые задачи: Методами физико-химического анализа подтвердить состав оксидного сверхпроводника, рассчитать его кристаллическую структуру; микроструктурным анализом проверить фазовую однородность, дифференциально-термическим анализом определить возможность полиморфных модификации.

4.  Определение сверхпроводимости оксидных ВТСП.

Цель работы: доказать диамагнитные свойства полученного оксидного сверхпроводника.

Исходные данные: полученный оксидный сверхпроводник заданного состава.

Лабораторное обеспечение: установка для определения эффекта Мейсснера-Оксенфельда.

Решаемые задачи: экспериментально подтвердить наличие сверхпроводимости у оксидного материала полученного состава.

5.  Изучение физических свойств оксидных ВТСП.

Цель работы: исследовать физические свойства полученного оксидного сверхпроводника (электропроводность, сопротивление, магнетизм).

Исходные данные: полученный оксидный сверхпроводник заданного состава.

Лабораторное обеспечение: лабораторная установка.

Решаемые задачи: установление различных физических свойств ВТСП, всестороннее рассмотрение оксидных сверхпроводников и заключение о предпосылках формирования высокотемпературных сверхпроводящих свойствах.

6.  Сопоставление оксидного сверхпроводника сульфидному соединению подобного состава.

Цель работы: получить сульфид соответствующего состава оксидному сверхпроводнику.

Исходные данные: сульфиды простых веществ.

Лабораторное обеспечение: аналитические весы, пресс, высокотемпературные печи, ДРОН 3М, ДРОН 6, ДРОН 7, микроскопы МЕТАМ РВ – 22, установка ДТА, установка для определения эффекта Мейсснера-Оксенфельда.

Решаемые задачи: подготовить исходные вещества, приготовить смесь оксидов в заданном соотношении, спрессовать таблетку, термически обработать таблетку при необходимой температуре, методами ФХА подтвердить фазовый состав и фазовую однородность, оценить полученный сложный сульфид на сверхпроводящие свойства. Сопоставить полученные результату для оксидной и сульфидной фазы, сделать выводы о наличие или отсутствия сверхпроводящих свойств.

6.  Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Примерный перечень вопросов к зачету

1.  История открытия сверхпроводимости и ВТСП.

2.  Кристаллическая и зонная структура твердых тел.

3.  Основные типы кристаллических структур ВТСП, основной элемент и мобильная подрешетка.

4.  Особенности зонной структуры ВТСП. Поверхность Ферми металлов и ВТСП.

5.  Основные методы изучения кристаллической структуры ВТСП. Критические параметры ВТСП.

6.  Особенности химической природы ВТСП.

7.  Медь-кислородные перовскитные блоки и легко поляризующиеся ионы в структуре ВТСП.

8.  Химическая сложность и проблемы получения ВТСП с заданными свойствами.

9.  Особенности физических и сверхпроводящих свойств.

10.  Фазовые соотношения и анализ перспектив разработки новых методов получения ВТСП-материалов.

11.  Катионный и анионный состав и структура ВТСП.

12.  Зависимость структуры твердого раствора от катионного и анионного состава.

13.  Висмутовые ВТСП, ртутники. "Химическое давление" и геометрическая стабильность структуры ВТСП.

14.  Методы синтеза ВТСП-фаз и получение ВТСП-материалов.

15.  Диаграммы Time-Temperature-Transformation как метод контроля твердофазного распада ВТСП.

16.  "Керамический метод" и его недостатки.

17.  Химические методы (соосаждения, золь-гель методы, пиролиз аэрозолей и др.)

18.  Криохимическая и RESS технология. Ленты, тонкие пленки, керамика и монокристаллы.

19.  Пути повышения критических характеристик ВТСП-материалов, создание центров пиннинга.

20.  Области применения ВТСП-материалов.

Примерный перечень составов оксидных сверхпроводников

Сверхпроводящий оксид	Tкрит (max), K
La2-xAxCuO4 , A = Ba, Sr, Ca	36
Ln2-xMxCuO4 , Ln = Pr, Nd, Sm, Eu M = Ce, Th	24
LnBa2Cu3O7-y (y<0.6) Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu	102
YBa2Cu3.5O8-y	87
YBa2Cu4O8	80
BiCaSrCuO (в соотношении катионов 2021, 2122, 2223)	110
TlCaBaCuO (в соотношении катионов 2021, 2122, 2223, 1021, 1122, 1223, 1324)	125

7.  Образовательные технологии.

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «ВТСП: теория и материалы» используются следующие активные и интерактивные формы проведения занятий:

·  лабораторные занятия;

·  дополнительные консультации.

8.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

8.1. Основная литература

1.  , , // Сверхпроводимость переходных металлов их сплавов и соединений: М.: Наука, 19с.

2.  Сверхпроводимость. М., Альфа-М, 2006, 110 c.

3.  , Гудилин E. A., Химические принципы получения металлоксидных сверхпроводников, Успехи Химии, 2000, т.69, н.1, с.3-40. 

4.  , , и др. Электронная структура и физико-химические свойства высокотемпературных сверхпроводников. М.: Наука, 1990.

8.2. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

Химический факультет МГУ:

Явление сверхпроводимости

http://www.chem.msu.su/rus/teaching/vtsp

Энциклопедия физики и техники

Оксидные высокотемпературные сверхпроводники

http://www. femto.

Российский фонд фундаментальных исследований

http://www. *****/rffi/ru/books/o_193

9.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудиторный фонд с мультимедийным оборудованием, и компьютерным обеспечением с соответствующими программными, Информационно-библиотечный центр ТюмГУ, содержащей издания по дисциплине ВТСП: теория и материалы, электронная почта, групповые и индивидуальные консультации по вопросам выполнения самостоятельной работы в режиме on-line, аудио - и видеоматериалы по изучаемой дисциплине.