Учебная программа «нанотехнология и наноматериалы» (72 час)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Санкт-Петербургский государственный горный институт

имени

(технический университет)

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ___________________ проф. «____» ____________ 2009 г.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

«нанотехнология и наноматериалы»

(72 ЧАС.)

Санкт – Петербург

2009

1. Цели и задачи программы

Цель программы – повышение квалификации и научного потенциала, а также обеспечение современного профессионального уровня руководящих работников и специалистов, ведущих преподавателей ВУЗов России в области нанотехнологий.

Задачи программы:

-  Совершенствование образовательной деятельности в соответствии с передовыми отечественными и мировыми тенденциями с учетом требований отраслей экономики;

-  Повышение квалификации профессорско-преподавательского состава в сфере образования нанотехнологий;

-  Обеспечение профессиональной подготовки кадров в соответствии с современными тенденциями отечественного и зарубежного рынка труда в условиях кризиса;

-  Распространение и систематизация передового опыта в области нанотехнологий и наноматериалов;

-  Совершенствование и внедрение в практику новых образовательных программ, обеспечивающих современный уровень подготовки инженерных кадров;

-  Активизация развития образовательной системы Российской Федерации путем внедрения прогрессивных образовательных технологий;

-  Обеспечение конкурентоспособности специалистов в сфере нанотехнологий.

2. ВИДЫ ЗАНЯТИЙ, КОЛИЧЕСТВО УЧЕБНЫХ ЧАСОВ

Вид учебной работы	Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины	72
Лекции	56
Практические занятия	10
Индивидуальные занятия с преподавателем (консультации)	4
Самостоятельные занятия	2
Вид итогового контроля	Зачет

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ пп.	Раздел дисциплины	Лекции, час.	ЛР, час.
1	Основы нанотехнологии	4
2	Физические методы нанотехнологий	4
3	Химико-физические методы нанотехнологий	8
4	Наноструктурированные материалы	6
5	Оборудование для синтеза наноструктурированных материалов	4
6	Нанотрибология	4
7	Приборы для измерения в нанотрибологических и триботехнических задачах	4
8	Приложения в горном деле и металлургии	6
9	Применение нанотехнологий в нефтегазовом комплексе	4
10	Электроадгезионное соединение материалов	4
11	Измерение поверхностного потенциала	4

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Основы нанотехнологии. Понятия о нанотехнологиях и наноматериалах. Нобелевские премии в области нанотехнологий. Постановление Правительства РФ .

Раздел 2. Физические методы нанотехнологий. Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Сканирующий и атомно-силовой микроскопы. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.

Раздел 3. Химико-физические методы нанотехнологий. Метод молекулярного наслаивания (химической сборки). Твердотельный гидридный синтез металлических материалов. Основные тенденции развития нанотехнологий.

Раздел 4. Наноструктурированные материалы. Основы терминологии. Нанесенные металлические катализаторы, наполнители, сорбенты. Наноструктурированные защитные покрытия на металлах. Пятое состояние вещества (БЭК).

Раздел 5. Оборудование для синтеза наноструктурированных материалов. Реакторы для синтеза в динамических и статических условиях. Проточные реакторы с сеткой. Вакуумные посты. Установки для атомно-молекулярной эпитаксии.

Раздел 6. Нанотрибология. Исследование и внедрение наноструктурированных смазок. Антифрикционные свойства наноструктурированных порошков. Смазывающие наноингибиторы коррозии.

Раздел 7. Приборы для измерения в нанотрибологических и триботехнических задачах. Четырехшариковый трибометр. Акустический метод. Анализатор импульсов АРП-11. Установка Стокса.

Раздел 8. Приложения в горном деле и металлургии. Возможности и перспективы нанотехнологий в горном деле, металлургии, горной электромеханике: переработка оленегорского суперконцентрата, ультрадисперсные порошки металлов, нанокапсулирование пылящих поверхностей, наноприсадки к индустриальным маслам.

Раздел 9. Применение нанотехнологий в нефтегазовом комплексе. Синтез наноструктурированных нанесенных металлических катализаторов для крекинга нефтепродуктов. Защита от коррозии внутренних поверхностей труб нефтепроводов и промышленных реакторов нефтехимического синтеза.

Раздел 10. Электроадгезионное соединение материалов. Понятие об электроадгезии. Двойной электрический слой. Промежуточный слой. Пондеромоторные силы. Применение электроадгезионного соединения разнородных материалов в микроэлектронике и стоматологии.

Раздел 11. Измерение поверхностного потенциала Методика измерения поверхностного потенциала. Установка для измерения. Оценка толщин микро - и нанослоев диэлектриков на твердых подложках.

4. Наименование тем практических занятий и их содержание

№ пп.	Темы практических занятий	Кол-во часов
1.	Научный семинар «Нанофизика и наноматериалы» по темам: 1.1. Методические приемы преподавания основ нанотехнологий в техническом университете 1.2. Сквозное химико-физическое (нанотехнологическое) образование в техническом университете на примере СПбГИ	2
2.	Универсальная установка твердотельного синтеза наноматериалов: 2.1. Проведение адсорбционного модифицирования твердых тел из газовой фазы в проточном реакторе и в статике. 2.2. Твердотельный гидридный синтез наноструктурированных металлических материалов.	4
3.	Демонстрация установки для определения интегрального показателя трения в стандартной паре металл-металл с использованием наноструктурированных смазок.	2
4.	Ознакомление с работой атомно-силового микроскопа JSPM-5400 в НОЦ коллективного пользования высокотехнологичным оборудованием.	2

5. Тематика и формы индивидуальной работы

1.  Индивидуальные консультации по темам лекций и практических занятий.

2.  Индивидуальные консультации по темам аттестационных работ.

6. Рекомендуемая тематика аттестационных работ

6.1. Рекомендуемые темы аттестационных работ

1.  Новые пути и фундаментальные основы нанотехнологии металлов

2.  Современные тенденции развития нанотехнологий и наноматериалов в стране и за рубежом

3.  Кластеры, структуры и материалы наноразмера: инновационные и технические перспективы

4.  Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели

5.  Поверхностные явления и поверхностно - активные вещества

6.  Водоотталкивающие свойства наноструктурированных металлических порошков на основе алюминия

7.  Нанотрибология: эффект взаимосвязи энергетических характеристик поверхности с антифрикционными и изолирующими свойствами адсорбированных катионных ПАВ.

8.  Наноструктурное модифицирование и регулирование свойств поверхности металлов на основе эффекта влияния подслоя низкомолекулярного ПАВа

9.  Наноструктурное регулирование и взаимосвязь водоотталкивающих и защитных свойств покрытий на стали

10.  Опыт разработки и внедрения наноструктурированных покрытий для защиты металлоконструкций на предприятии горной отрасли

11.  Усилении адгезии контактирующих поверхностей в системе металл – диэлектрик электрофизическими и химико – физическими методами

12.  Нелинейные зависимости и свойства в системах, содержащих наноструктурированные порошки алюминия

13.  Разработка наноструктурированных защитных покрытий с антифрикционными свойствами для стали и алюминия

14.  Влияние наноструктурного модифицирования поверхности алюминия и стали на их трибохимические свойства

15.  Трибохимические свойства стали и алюминия, модифицированных в поверхностном слое наноструктурами

16.  Влиянии энергии связи N1s адсорбированных наноструктур на смазывающее действие поверхностно-активных веществ на границе раздела металл-стекло и металл-полимер

17.  Эффекты влияния наноподслоя ПАВ на антифрикционные, водоотталкивающие и защитные свойства поверхности металла

18.  Опыт оценки антифрикционных свойств поверхности металла методом Стокса

19.  Антифрикционные свойства индустриального масла с присадками наноструктурированных металлов

20.  Методы физики и химии в получении наноструктурированных металлов и в нанотрибологии

21.  Влияние восстановителя на состояние атомов в поверхностном слое и химическую устойчивость образующегося металла

22.  Синтез металлических структур на твердых подложках с гидрид - и гидроксидфункциональными группами через стадию хемосорбции хлоридов.

23.  Закономерности гидридного твердотельного синтеза металлических веществ и соединений

24.  Роль диссоциации элементоводородной связи в гидридном синтезе металлических веществ.

25.  Структурно-химические особенности металлических продуктов гидридного синтеза

26.  Гидридный синтез металлических композитов, модифицированных карбидокремниевыми структурами

27.  Способы получения наноструктурированного металлического никеля

28.  Стабилизация и влияние природы гидрида-восстановителя на строение и реакционную способность дисперсных металлических материалов в твердотельном гидридном синтезе.

29.  Влияние шероховатости поверхностей электроадгезионного контакта на его силовые характеристики.

30.  Ближний порядок и наноструктура твердых растворов GaInAsN.

31.  Взаимосвязь гидрофобности покрытий на поверхности стали и их защитных свойств и о роли нанострукурных добавок.

32.  Новые твердотельные синтезы и основы нанотехнологии металлов

33.  Гидридный твердотельный синтез металлических веществ и его основные закономерности

34.  Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел.

35.  Физические основы, расчет и применение необратимого электроадгезионного соединения твердых тел

6.2. Формы аттестационных работ

1.  Учебно-методический комплекс по теме аттестационной работы:

–  план-конспект лекции и практического занятия

–  внеаудиторное мероприятие

–  система контроля

–  список литературы.

2.  Научная статья (доклад).

6. Учебно-методическое обеспечение

6.1. Рекомендуемая литература

Основная:

1.  , , и др. Кластеры, структуры и материалы наноразмера: инновационные и технические перспективы / Под ред. . М.: Изд. дом «Руда и Металлы», 2005.

2.  , Наноструктурные материалы. М: Академия, 2005.

3.  , , Физика и химия – в нанотехнологиях. СПб: РТП ИК «Синтез» – СПбГТИ (ТУ), 2002

4.  Физика. Элементы физики конденсированного состояния, химической физики и нанофизики. СПб: Изд. СПбГУ, 2005.

Дополнительная

5.  Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М. Роко, Р Уильямса, П. Аливисатоса. М.: Мир, 2002.

6.  , Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000.

7.  Нанохимия. М.: МГУ, 2003.

7.2. Учебные пособия и программы

1.  , , . Физика и химия – в нанотехнологиях. СПб: РТП ИК «Синтез» – СПбГТИ (ТУ), 2002

2.  Физика. Элементы физики конденсированного состояния, химической физики и нанофизики. СПб: Изд. СПбГУ, 2005.

3.  Нанотехнология и наноматериалы: Программа курса лекций для студентов специальностей «Горные машины», «Металлургические машины и оборудование», «Оборудование нефтегазопереработки» / Сост. . - СПб, 2008. – 6 с.

Программу составили:

научный руководитель,

профессор, д. т.н.  

доцент, к. т.н.

Заведующий кафедрой общей и технической физики,

профессор

Декан факультета Фундаментальных и гуманитарных дисциплин,

профессор

Согласовано:

Декан ЦПК и ПК,

профессор