ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю |
___________________ Руководитель ООП по специальности 130400 проф. | _______________________ Зав. кафедрой ОТФ доц. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ»
Специальность: 130400 – Горное дело
Специализация: Транспортные системы горного производства
Квалификация (степень) выпускника: специалист
Составитель: профессор каф. ОТФ
Санкт-Петербург
2012
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Благодаря целому ряду фундаментальных междисциплинарных открытий в области наноразмерных структур, произошедших на рубеже XX – XXI в. в., и внедрению созданных наноустройств с уникальными свойствами в промышленность, курс нанотехнологий и наноматериалов является сегодня неотъемлемым элементом инженерной культуры, составляет одну из основ теоретической естественно-научной подготовки инженеров. Курс обеспечивает возможность использования нанотехнологий в конкретных областях техники. Цель преподавания дисциплины – формирование у студентов современного научного стиля мышления, новой парадигмы в стратегии создания устройств и материалов: «снизу – вверх» (сборка целого из нанофрагментов) вместо традиционного подхода «сверху – вниз» (отсечение от целого, дробление и т. п.). Результатом изучения курса должно стать сформировавшееся представление о нанометрических технологиях и их объектах, о фундаментальном единстве в нанотехнологиях всех областей естествознания – базиса современной техники – и о возможностях развития нанотехнологий, а также – знание основных идей и методов нанотехнологий и умение использовать их в инженерной практике.
Задачи курса:
- изучение основных физических и химических явлений, фундаментальных понятий, законов и теорий, лежащих в основе нанотехнологий; овладение основами методов получения конкретных наноматериалов и наноустройств, в том числе, – в решении задач будущей специальности; ознакомление с современной научной аппаратурой, экспериментальными основами высоких технологий, формирование навыков проведения анализа при выборе оптимального метода нанотехнологий при решении теоретических и практических задач.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студент, освоивший дисциплину, должен:
- знать и уметь использовать:
- основные понятия, законы и модели современного наноматериаловедения; методы нанотехнологий, модифицирования поверхности твердых материалов;
- иметь навыки:
- решения методами нанотехнологий конкретных задач из различных инженерных областей; проведения анализа и выбора оптимальных методов нанотехнологий для решения проблем современного материаловедения и механики в будущей деятельности.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | ||
I | II | III | IV | V |
Общая трудоемкость дисциплины | 34 | 34 | ||
Аудиторные занятия | 34 | 34 | ||
Лекции | 34 | 34 | ||
Практические занятия (ПЗ) | – | – | ||
Семинары (С) | ||||
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий | – | – | ||
Самостоятельная работа, в том числе | – | – | ||
Вид итогового контроля | Зач. |
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции, час. | ПЗ, час. | ЛР, час |
Основы нанотехнологии | 6 | |||
Физические методы нанотехнологий | 6 | |||
Химико-физические методы нанотехнологий | 7 | |||
Наноструктурированные материалы | 10 | |||
Нанотрибология | 3 | |||
Приложения в горном деле и металлургии | 2 |
4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
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. Нанотрибология.
Исследование и внедрение наноструктурированных смазок. Антифрикционные свойства наноструктурированных порошков. Смазывающие наноингибиторы коррозии.
Раздел 6. 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.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Не предусмотрен программой для факультативной дисциплины.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
Сырков и наноматериалы. Поверхностно-наноструктурированные металлы. СПб: Изд. СПбГПУ, 2012.2. , Сырков -физические основы и методы получения поверх ностно-наноструктурированных металлов. СПб: СПбГУ, 2011
Дополнительная
1. , , Ибрагимов нанотехнологии в технике. М.: 2009.
2. , , Беклемышев прикладной нанотехнологии. М.: Изд. Дом «Магистр-Пресс», 2008.
3. Рудской в металлургии. СПб: Наука, 2007.
4. Головин в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007.
5. Гусев , наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007.
СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Стандартные математические программы «Derive», «Mapple».
2. Стандартные графические программы «Grapher», «Origin».
3. Стандартные оформительские программы «Microsoft Office».
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Оборудование Научно-образовательного центра СПГГИ (ТУ) (для ознакомления). Установка для определения интегрального показателя трения акустическим методом на горно-электромеханическом факультете. Установки Стокса и определения коэффициента поверхностного натяжения в лаборатории кафедры общей и технической физики. 8 учебных стендов по нанотехнологиям в аудиториях кафедры общей и технической физики.
НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
Составитель проф.
Кафедра общей и технической физики
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Благодаря целому ряду фундаментальных междисциплинарных открытий в области наноразмерных структур, произошедших на рубеже XX – XXI в. в., и внедрению созданных наноустройств с уникальными свойствами в промышленность, курс нанотехнологий и наноматериалов является сегодня неотъемлемым элементом инженерной культуры, составляет одну из основ теоретической естественно-научной подготовки инженеров. Курс обеспечивает возможность использования нанотехнологий в конкретных областях техники. Цель преподавания дисциплины – формирование у студентов современного научного стиля мышления, новой парадигмы в стратегии создания устройств и материалов: «снизу – вверх» (сборка целого из нанофрагментов) вместо традиционного подхода «сверху – вниз» (отсечение от целого, дробление и т. п.). Результатом изучения курса должно стать сформировавшееся представление о нанометрических технологиях и их объектах, о фундаментальном единстве в нанотехнологиях всех областей естествознания – базиса современной техники и о возможностях развития нанотехнологий, а также – знание основных идей и методов нанотехнологий и умение использовать их в инженерной практике.
Задачи курса:
- изучение основных физических и химических явлений, фундаментальных понятий, законов и теорий, лежащих в основе нанотехнологий; овладение основами методов получения конкретных наноматериалов и наноустройств, в том числе, – в решении задач будущей специальности; ознакомление с современной научной аппаратурой, экспериментальными основами высоких технологий, формирование навыков проведения анализа при выборе оптимального метода нанотехнологий при решении теоретических и практических задач.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студент, освоивший дисциплину, должен:
- знать и уметь использовать:
- основные понятия, законы и модели современного наноматериаловедения; методы нанотехнологий, модифицирования поверхности твердых материалов;
- иметь навыки:
- решения методами нанотехнологий конкретных задач из различных инженерных областей; проведения анализа и выбора оптимальных методов нанотехнологий для решения проблем металлургии и создания современных автоматизированных производственных комплексов.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
I | II | III | IV | V | VI |
Общая трудоемкость дисциплины | 34 | 34 | |||
Аудиторные занятия | 34 | 34 | |||
Лекции | 34 | 34 | |||
Практические занятия (ПЗ) | – | – | |||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий | – | – | |||
Самостоятельная работа, в том числе | – | – | |||
Вид итогового контроля | Зач. |
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции, час. | ПЗ, час. | ЛР, час |
Основы нанотехнологии | 6 | |||
Физические методы нанотехнологий | 6 | |||
Химико-физические методы нанотехнологий | 7 | |||
Наноструктурированные материалы | 10 | |||
Нанотрибология | 3 | |||
Приложения в горном деле и металлургии | 2 |
4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
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. Нанотрибология.
Исследование и внедрение наноструктурированных смазок. Антифрикционные свойства наноструктурированных порошков. Смазывающие наноингибиторы коррозии.
Раздел 6. 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.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Не предусмотрен программой для факультативной дисциплины.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Сырков и наноматериалы. Поверхностно-наноструктурированные металлы. СПб: Изд. СПбГПУ, 2012.
, Сырков -физические основы и методы получения поверхностно-наноструктурированных металлов. СПб: СПбГУ, 2011.Дополнительная
1. , , Ибрагимов нанотехнологии в технике. М.: 2009.
2. , , Беклемышев прикладной нанотехнологии. М.: Изд. Дом «Магистр-Пресс», 2008.
3. Рудской в металлургии. СПб: Наука, 2007.
4. Головин в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007.
5. Гусев , наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007.
6.2 СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Стандартные математические программы «Derive», «Mapple».
2. Стандартные графические программы «Grapher», «Origin».
3. Стандартные оформительские программы «Microsoft Office».
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Оборудование Научно-образовательного центра СПГГИ (ТУ) (для ознакомления). Установка для определения интегрального показателя трения акустическим методом на горно-электромеханическом факультете и установка на основе машины трения для измерения антифрикционных характеристик наноструктурированных материалов. Установки Стокса и определения коэффициента поверхностного натяжения в лаборатории кафедры общей и технической физики. 8 учебных стендов по нанотехнологиям в аудиториях кафедры общей и технической физики.
