Комплект контрольно-измерительных материалов по учебной дисциплине «Физические методы и приборы для изучения, анализа и диагностики наночастиц и нанопокрытий» цикла подготовки магистров по направлению
150100 «Материаловедение и технологии материалов», магистерская программа «Наноструктурные материалы и покрытия в нефтедобывающем машиностроении»
1. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
Модуль 1 – Дифракционные и спектроскопические методы исследования нанообъектов и наноматериалов
Тема 1. Основные понятия, термины и определения. Предмет и задачи дисциплины «Физические методы и приборы для изучения, анализа и диагностики наночастиц и наноматериалов» - дисциплина, изучающая методы исследования размеров, структуры и свойств наночастиц и наноматериалов.
Тема 2. Развитие методов анализа веществ на различных масштабных уровнях. Классификация наночастиц и наноматериалов.
Тема 3. Дифракционные методы исследования наночастиц и наноматериалов.
Метод порошков. Рентгенографические методы определения размера частиц. Дифракция электронов.
Тема 4. Спектроскопические методы исследования наночастиц и наноматериалов.
Рентгеновская спектроскопия. Рассеяние на аморфных и частично упорядоченных объектах. Электронная спектроскопия. Фотоэлектронная спектроскопия. Оже-электронная спектроскопия. Мёссбауэровская спектроскопия. Рамановский конфокальный микроскоп. Приборы и оборудование, используемые при спектрометрических методах.
Тема 5. Исследование наноматериалов с использованием синхротронного излучения.
Схема и основные параметры синхротронного центра. Источники рентгеновского излучения высокой плотности, поликапиллярная оптика Кумахова. Малоугловое рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей в наноматериалах.
Тема 6. Методы измерения размеров частиц.
Классификация методов измерения размеров частиц. Статистические величины в гранулометрическом анализе. Сравнение результатов, полученных разными методами.
Тема 7. Методы седиментации в анализе размеров частиц.
Метод фотоседиментации. Дифференциальная высокоскоростная седиментация.
Тема 8. Методы рассеяния лазерного излучения.
Методы статического и динамического рассеивания света. Приборы, оборудование, работающие по LLS - и PSC- принципу.
Модуль 2 - Микроскопические методы исследования нанообъектов и наноматериалов.
Тема 9. Просвечивающая электронная микроскопия.
Электронномикроскопическое изображение. Дифракционный контраст. Микродифракция. Электронная микроскопия высокого разрешения.
Тема 10. Сканирующая электронная микроскопия.
Схема работы сканирующего электронного микроскопа. Получение изображения.
Тема 11. Сканирующая туннельная микроскопия.
Принцип работы туннельного микроскопа. Получение изображения.
Тема 12. Сканирующая зондовая микроскопия.
Принцип работы сканирующего зондового микроскопа. Основные определяемые физико-механические характеристики исследуемых нанообъектов.
2. ТЕЗАРУС ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ, АНАЛИЗА И ДИАГНОСТИКИ НАНОЧАСТИЦ И НАНОПОКРЫТИЙ»
№ темы | Модуль |
1 | 2 |
Модуль 1 | |
1 | Основные понятия, термины и определения в анализе и диагностике наночастиц и наноматериалов. дисциплина, изучающая. Классификация методов исследования размеров, структуры, свойств наночастиц и наноматериалов. |
2 | Развитие методов анализа веществ на различных масштабных уровнях. Классификация наночастиц и наноматериалов. |
3 | Дифракционные методы исследования наночастиц и наноматериалов. Метод Ритвельда. Рентгенографические методы определения размера частиц. Дифракция электронов. |
4 | Рентгеновская спектроскопия, основные понятия. Рассеяние на аморфных и частично упорядоченных объектах. Электронная спектроскопия. Фотоэлектронная спектроскопия. Оже-электронная спектроскопия. Мёссбауэровская спектроскопия. Рамановский конфокальный микроскоп. Приборы и оборудование, используемые при спектрометрических методах. |
5 | Использование синхротронного излучения для анализа нанообъектов. Схема и основные параметры синхротронного центра. Источники рентгеновского излучения высокой плотности. Малоугловое рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей в наноматериалах. |
6 | Классификация методов измерения размеров частиц. Статистические величины в гранулометрическом анализе. Сравнение результатов, полученных разными методами. |
7 | Метод фотоседиментации и дифференциальная высокоскоростная седиментация применительно к анализу частиц в наномасштабном диапазоне. |
8 | Методы рассеяния лазерного излучения: статическое и динамическое рассеяние света. Приборы, оборудование, работающие по LLS - и PSC- принципу. Примеры измеряемых систем. Особенности пробоподготовки образцов. |
Модуль 2 | |
9 | Просвечивающая электронная микроскопия. Построение изображения. Дифракционный контраст. Глубина резкости. Форма и размеры образцов. Требования к вакууму. Стабильность тока и напряжения. Электронная микроскопия высокого разрешения. |
10 | Схема работы сканирующего электронного микроскопа. Взаимодействие электронного пучка с образцом. Возбуждение рентгеновского излучения. SE-, BSE-электроны. InLense-, SE2-, EsB-детекторы. Альтернативные способы создания изображения. Подготовка образца. |
11 | Принцип работы туннельного микроскопа. Получение изображения. Получение двумерных, трехмерных изображений рельефа поверхности и измерение размеров поверхности и составляющих ее объектов. |
12 | Принцип работы сканирующего зондового микроскопа. Получение двумерных и трехмерных изображений рельефа поверхности и измерение размеров поверхности и составляющих ее объектов: распределение высот по поверхности, построение секущих поверхности с измерением протяженности и высоты объектов. Основные определяемые физико-механические характеристики исследуемых нанообъектов. Наноиндентирование. Построение топографической карты распределения модуля упругости на поверхности материала. |
Контрольные вопросы по учебной дисциплине «ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ, АНАЛИЗА И ДИАГНОСТИКИ НАНОЧАСТИЦ И НАНОПОКРЫТИЙ»
№ модуля | № темы | Содержание вопросов |
1 | 1-8 | 1. Рентгеновский дифрактометр: принцип работы и основные компоненты установки. 2. Дайте описание белого и характеристического рентгеновского излучения. Приведите примеры использования этих типов излучения в рентгеновской дифрактографии. 3. Дайте определение массового коэффициента поглощения. 4. Дайте определение флуоресцентного рентгеновского излучения. 5. Схематическое изображение установки Брэгга-Брентано. 6. Дайте определение термину «порошковая дифракция». Виды дифрактометров. 7. Рентгенографический метод определения размера частиц. 8. Сущность метода Ритвельда в рентгеноструктурном анализе. 9. Общая характеристика Оже-электронных микроанализаторов. 10. Общая функциональная схема рамановского конфокального микроскопа 11. Использование синхротронного излучения при анализе наномасштабных веществ. 12. Схема и основные параметры синхротронного центра. 13. Общая схема спектрометра с дисперсией по энергии рентгеновских квантов. Принципы детектирования сигнала. 14. Общая схема спектрометра с дисперсией по длине волны рентгеновского излучения. Принципы детектирования сигнала. 15. Каковы преимущества и недостатки спектрометров с дисперсией по энергии и по длине волны рентгеновского излучения? 16. Классификация методов измерения размеров частиц. 17. Физические принципы в методе фотоседиментации. Ограничения метода. 18. Физические принципы в методе высокоскоростной дифференциальной седиментации. Ограничения метода. 19. Физические принципы в методе рассеяния лазерного излучения при анализе размера частиц. 20. Методы статического и динамического рассеивания света. Приборы, оборудование, работающие по LLS - и PSC- принципу. |
2 | 9-12 | 1. Общая функциональная схема просвечивающего электронного микроскопа. 2. Принцип построения изображения в ПЭМ. 3. Понятие термоэлектронной эмиссии. 4. Определение эмиссии Шоттки. 5. Определение полевой эмиссии. 6. Общие методы пробоподготовки образцов для ПЭМ. 7. Метод приготовления реплик, металлических фольг методом утонения. 8. Увеличение в ПЭМ (чем определяется электронное и общее увеличение). Определение увеличения ПЭМ. 9. Определение разрешения ПЭМ. 10. Высоковольтный просвечивающий электронный микроскоп (ВВЭМ). Особенности конструкции, область применения в материаловедении. 11. Принципы управления ПЭМ. 12. Основные задачи, решаемые с помощью сканирующей электронной микроскопии. 13. Общая функциональная схема сканирующего электронного микроскопа. 14. Какие продукты взаимодействия возникают при попадании электронного пучка на поверхность образца? Опишите зону взаимодействия электронного пучка с образцом. 15. Опишите механизмы возникновения обратно рассеянных (отраженных) и вторичных электронов. 16. Опишите механизмы формирования характеристического рентгеновского излучения. В чем отличие тормозного рентгеновского излучения от характеристического? 17. Формирование изображения в СЭМ. Взаимосвязь разрешения и увеличения сканирующего электронного микроскопа. 18. Управляющие параметры для создания изображения в СЭМ. 19. Детекторы сканирующего электронного микроскопа. 20. Детектирование вторичных электронов. 21. Детектирование обратно рассеянных электронов. 22. Детектирование в режиме переменного давления. 23. Как определяется увеличение сканирующего электронного микроскопа? 24. Подготовка образцов для сканирующей электронной микроскопии. 25. Опишите принцип работы туннельного микроскопа и получения изображения. 26. Какие материалы можно исследовать с помощью сканирующего туннельного микроскопа? Какие основные характеристики можно определить с помощью сканирующей туннельной микроскопии? 27. Опишите принцип работы сканирующего зондового микроскопа и формирования изображения. 28. Какие основные физико-механические характеристики определимы с помощью СЗМ? 29. Опишите процедуру наноиндентирования в СЗМ. 30. Место и роль нанодиагностики в нанотехнологиях и наноиндустрии. |
