Специальные нанотехнологии и нанодиагностика (стр. 2 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов
обязательные	дополнительные
1. 1	Традиционные методы получения наноматериалов.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		1	4
2.	Технологии получения фуллеренов и нанотрубок.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		2	4
3.	Тонкопленочные нанотехнологии модификации поверхности.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		3	4
4.	Процессы при пучково-плазменной обработке материалов. Взаимодействие электронных и ионных потоков с веществом. Моделирование процесса ионно-плазменного распыления.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		4	4
5.	Основные характеристики плазменных эмиссионных систем (ПЭС) как технологического инструмента для нанобработки материалов.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		5	4
6.	Процессы очистки, травления и нанесения покрытий. Модификация и термообработка поверхности материалов. Ионная имплантация - как метод модификации поверхности материалов.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		6	4
7.	Ионно-плазменные нанотехнологии. ПЭС для ионной очистки, травления и нанесения покрытий.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		7	4
8.	Пучковые нанотехнологии для модификации поверхности материалов.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		8	4
9.	Методы исследования наноматериалов. Структурный и химический анализ нанообъектов. Диагностическая аппаратура. Механические испытания материалов на нанотвердость.	1. Работа с учебной литературой. 2. Проработка лекций		9	4
	ИТОГО:	36

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

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Пучково-плазменные технологии для конструкционных материалов			+	+	+	+	+	+	+
2.	Конструкционные наноматериалы			+	+	+	+	+	+	+
3.	Плазменные эмиссионные системы			+	+	+	+	+	+	+

5. Содержание дисциплины.

Тема 1. Традиционные методы получения наноматериалов. Рассматриваются порошковая металлургия получения наноматериалов, создание аморфных материалов, методы с исполъзованием интенсивной пластической деформации.

Тема 2. Технологии получения фуллеренов и нанотрубок. Рассматриваются термическое испарение, дуговой метод, синтез углеродных нанотрубок, формирование массивов углеродных трубок и их тонких структур.

Тема 3. Тонкопленочные нанотехнологии модификации поверхности. Представлены методы физического и химического осаждения из паровой фазы. Рассмотрены термическое испарение, катодное распыление, вакуумно-дуговое осаждение, ионно-лучевой распыление, ионная имплантация, лазерные методы, молекулярно-пучковая эпитаксия, реактивное распыление, ионноактивированное химическое осаждение из паровой фазы и метод атомного послойного осаждения.

Тема 4. Процессы при пучково-плазменной обработке материалов. Взаимодействие электронных и ионных потоков с веществом. Моделирование процесса ионно-плазменного распыления. Определяется глубина проникновения электронов и ионов в материал, а также коэффициент ионного распыления. Рассматриваются каскадная модель ионного распыления, ионное распыление многокомпонентных материалов, термализация и диффузия распыленных атомов в плазме.

Тема 5. Основные характеристики плазменных эмиссионных систем (ПЭС) как технологического инструмента для нанобработки материалов. Приводятся параметры, отражающие физико-технические и эксплуатационные характеристики ПЭС. Рассматриваются процессы, основанные на использовании ПЭС, и размещение зон генерации частиц и обработки материалов. Определяется функциональное назначение ПЭС.

Тема 6. Процессы очистки, травления и нанесения покрытий. Модификация и термообработка поверхности материалов. Ионная имплантация - как метод модификации поверхности материалов. Определяются скорость травления, распыления материалов и скорость нанесения различных функциональных покрытий. Вводится понятие адгезии покрытий. Рассматриваются процесс азотирования, используемый при упрочнении материалов и различные виды термообработки поверхности. Дается распределение ионов при их имплантации в вещество. Рассматривается гигантское усиление миграции атомов как результат действия термодинамических сил, обусловленных энерговыделением при торможении тяжелых ионов в веществе.

Тема 7. Ионно-плазменные нанотехнологии. ПЭС для ионной очистки, травления и нанесения покрытий. Рассматривается применение вакуумно-дуговых источников плазмы, плазменных ускорителей и источников заряженных частиц на базе тлеющего разряда низкого давления для ионно-вакуумной обработки, а также применение метода магнетронного осаждения покрытий в электронном производстве и промышленности.

Тема 8. Пучковые нанотехнологии для модификации поверхности материалов. Рассматриваются травление микро - и наноструктур, очистка и термообработка поверхности, нанесение пленок ионным распылением и применение ионной имплантации для модификации поверхности – создания антикоррозионных, жаропрочных и жаростойких приповерхностных слоев и упрочнения материалов. Представлен ряд электрофизических установок, предназначенных для реализации пучково-плазменные технологии модификации поверхности.

Тема 9. Методы исследования наноматериалов. Структурный и химический анализ нанообъектов. Диагностическая аппаратура. Механические испытания материалов на нанотвердость. Представлены сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия; зондовая, атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, спектральные методы исследования, метод вторичной ионной массспектрометрии, электронная оже-спектроскопия и спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда. Дается описание диагностической аппаратуры.

6. Планы лабораторных занятий.

Тема 1. Получение изображения с помощью сканирующего зондового микроскопа. Исследование поверхности твердых тел методом атомно-силовой микроскопии. Тема 2. Исследование поверхности твердых тел методом сканирующей туннельной микроскопии. Тема 3. Сканирующая зондовая литография. Тема 4. Применение сканирующего зондового микроскопа для исследования биологических объектов. Тема 5. Зондовая лаборатория: Интегра Aura, Интегра Prima. Сканирующий электронный микроскоп TSM – 6610 LV.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение самостоятельной работы студентов.

Примерные вопросы на зачет

1. Перечислите основные методы получения наноматериалов.

2. Каковы особенности получения нанопорошков.

3. Способы получения беспористых нанокристалических материалов.

4. С помощью каких методов можно получать фуллерены.

5. Чем отличаются методы физического и химического осаждения из паровой фазы.

6. Чем определяется глубина проникновения электрона в вещество.

7. Из чего складываются энергетические потери при движении электронов в веществе.

8. Что такое вторичная электронная и ионная эмиссия.

9. Чем определяется электронная и ядерная тормозные способности ионов.

10. Какие характеристики описывают ионное распыление вещества.

11. Назовите основные характеристики плазменных эмиссионных систем.

12. Что такое физическое и химическое травление.

13. Какие процессы происходят при нанесения покрытий.

14. Чем отличается традиционное ионное азотирование от пучкового азотирования.

15. Назовите параметры, которые характеризуют термообработку поверхности электронным пучком.

16. Какие структурные изменения происходят в веществе при ионной имплантации.

17. От чего зависит распределение концентрации легирующих атомов.

18. Что такое радиационно-стимулированная диффузия.

19. Какие существуют плазменные эмиссионные системы для ионной очистки, травления и нанесения нанопокрытий.

20. Чем отличается магнетронных метод модификации поверхности от вакуумно-дугового.

21. Где применяются магнетронные распылительные системы.

22. В чем преимущества пучковых нанотехнологий по сравнению с ионно-плазменными.

23. Как проводится ионная очистка и травление диэлектриков.

24. В чем преимущества и особенности пучковых нанотехнологий.

25. Какие типы газовых разрядов применяются в пучково-плазменных нанотехнологиях.

26. Как проводится модификация поверхности материалов: очистка, травление и термообработка поверхности.

27. Чем отличается травление ионным пучком микро - и наноструктур от традиционного химического травления.

28. Что такое ионная имплантация.

29. Как создаются антикоррозионные, жаропрочные и жаростойкие приповерхностные слои материалов.

30. Чем отличается электронная и зондовая микроскопия.

31. Чем отличается сканирующий электронный микроскоп от просвечивающего.

32. Для чего нужен рентгеноструктурный анализ.

33. На чем основан метод вторичной ионной массспектрометрии.

34. Где используются электронная оже-спектроскопия и спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда.

8. Образовательные технологии.

В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Специальные нанотехнологии и нанодиагностика» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:

· лекции;

· лабораторные занятия; в лаборатории электоронной, зондовой микроскопии рентгено-структурного анализа НИИ прикладных наук;

· работа в малых группах;

· ознакомление с пучково - плазменными электрофизическими установками в лаборатории физики плазмы, лаборатории пучково-плазменных технологий, лаборатории материаловедения и нанотехнологий и лаборатории электоронной, зондовой микроскопии и рентгено-структурного анализа НИИ прикладных наук;

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

9.1. Основная литература:

1. Удовиченко -плазменные технологии для модификации конструкционных материалов и создания наноматериалов. Учебное пособие. – С. Пб.: ГУАП, 2009, 100 с.

2. Специальные нанотехнологии и нанодиагностика: учеб.-метод. комплекс : рабочая программа для студентов напр. 011200.68 "Физика", магистерская программа "Физика наноструктур и наносистем" , "Техническая физика в нефтегазовых технологиях" очной формы обучения/ . - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 20с.

9.2. Дополнительная литература:

1. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2004, 328 с.

2. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства/ , . - Москва: Академкнига, 20с.

3. , , Анищик анализа элементного состава поверхностных слоев. - Минск. БГУ, 2007, 167 с.

4. Барченко В, Т., Удовиченко эмиссионные системы. – С. Пб.: «Технолит», 2008, 154 с.

10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием и лабораторная аудитория.