Правительство Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
Р А Б О Ч А Я П Р О Г Р А М М А
учебной дисциплины
Химия и ионика твердого тела
Chemistry and ionics of solids
Язык(и) обучения
русский
_______________________________________________
Трудоёмкость (границы трудоёмкости) в зачетных единицах: _5______
Регистрационный номер рабочей программы: __025412______
Санкт-Петербург
2013
Раздел 1. Характеристики учебных занятий
1.1. Цели и задачи учебных занятий
Цель курса – освоение фундаментальных знаний в области химии и ионики твердого тела и закрепление практических навыков применения этих знаний.
Задачи курса - изложение основных теоретических положений науки в области химии твердых веществ и ионики твердого тела.
1.2. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебных занятий (пререквизиты)
Для успешного освоения курса студенты должны быть знакомы с основами химии, физики, физической химии.
1.3. Перечень результатов обучения (learning outcomes)
В результате освоения дисциплины аспирант должен освоить знания о дефектах в твердых телах, электропроводности твердых тел, релаксационных методах исследования в химии твердого тела, физико-химических основах создания новых материалов ионики твердого тела.
1.4. Перечень активных и интерактивных форм учебных занятий
Семинары.
Раздел 2. Организация, структура и содержание учебных занятий
2.1. Организация учебных занятий
2.1.1. Основной курс
Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся | |||||||||||||||
Период обучения (модуль) | Контактная работа обучающихся с преподавателем | Самостоятельная работа | Объём активных и интерактивных форм учебных занятий | Трудоёмкость | |||||||||||
лекции | семинары | консультации | практические | лабораторные работы | контрольные работы | коллоквиумы | текущий контроль | промежуточная | итоговая аттестация | под руководством | в присутствии | сам. раб. с использованием методических материалов | текущий контроль (сам. раб.) | промежуточная аттестация (сам. раб.) | итоговая аттестация (сам. раб.) |
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ | |||||||||||||||
очная форма обучения | |||||||||||||||
2 год обучения | 30 | 20 | 2 | 30 | 78 | 20 | 20 | 5 | |||||||
2-20 | 2-20 | 2-20 | 2-20 | 1-1 | 1-1 | ||||||||||
ИТОГО | 30 | 20 | 2 | 78 | 30 | 20 | 5 |
Формы текущего контроля успеваемости, виды промежуточной и итоговой аттестации | |||
Период обучения (модуль) | Формы текущего контроля успеваемости | Виды промежуточной аттестации | Виды итоговой аттестации (только для программ итоговой аттестации и дополнительных образовательных программ) |
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ | |||
очная форма обучения | |||
2 год обучения | Зачет |
2.2. Структура и содержание учебных занятий
Основной курс Основная траектория Очная форма обучения
Период обучения (модуль): 2 год обучения
№ п/п | Наименование темы (раздела, части) | Вид учебных занятий | Количество часов |
1 | Введение в теорию дефектов в твердых телах | лекции | 8 |
семинары | 4 | ||
по методическим материалам | 6 | ||
2 | Миграция атомов и дефектов | лекции | 6 |
семинары | 4 | ||
по методическим материалам | 4 | ||
3 | Электропроводность твердых тел | лекции | 6 |
семинары | 4 | ||
по методическим материалам | 8 | ||
4 | Физико-химические основы создания новых материалов ионики твердого тела | лекции | 6 |
семинары | 4 | ||
по методическим материалам | 8 | ||
5 | Применение твердых электролитов в твердотельных электрохимических устройствах | лекции | 4 |
семинары | 4 | ||
по методическим материалам | 12 |
Содержание учебных занятий:
1. Введение в теорию дефектов в твердых телах. Химическая связь в твердых телах. Классификация твердых тел по типу химической связи. Межатомные силы. Ионная, ковалентная, металлическая, молекулярная, водородная связь. Энергия кристаллической решетки. Теоретическая модель Борна. Экспериментальное определение энергии кристаллической решетки. Цикл Борна - Габера. Типы точечных дефектов. Статистико-термодинамический подход описания точечных дефектов. Закон действия масс для квазихимических реакций между дефектами. Взаимодействие точечных дефектов. Кластеры – агрегаты дефектов, антиструктурные дефекты, переход порядок-беспорядок. Протяженные дефекты, структуры кристаллографического сдвига, дефекты упаковки. Границы блоков и антифазные домены. Дислокации, движение дислокаций и их наблюдение. Поверхности раздела и объемные дефекты. Квазичастицы в твердых телах – фононы, экситоны, поляроны.
2. Миграция атомов и дефектов. Теория диффузии. Первый и второй законы Фика. Механизмы диффузии. Зависимость диффузии от температуры и давления. Методы определения коэффициентов диффузии. Активационные объемы. Обобщенное уравнение Нернста-Энштейна и элементарная теория корреляционного эффекта. Изотопные эффекты в процессе диффузии. Энергетика элементарного акта перемещения иона.
3. Электропроводность твердых тел. Электрические свойства металлов, полупроводников, диэлектриков. Теория ионной проводимости в кристаллах. Основные методы измерения. Число переноса в ионных кристаллах и экспериментальные методы их определения.
4. Физико-химические основы создания новых материалов ионики твердого тела. Основные классы твердых электролитов с одно-, двух - и трехзарядными носителями тока. Взаимосвязь структурных особенностей и транспортных характеристик ТЭЛ. Твердые электролиты со структурной и примесной разупорядоченностью. Пути улучшения электрофизических свойств ТЭЛ с помощью гетеро - и гомовалентногоо легирования, усложнения фазового состава и перехода в наноструктурированное состояние. Стеклообразные и тонкопленочные твердые электролиты, механизм ионного переноса в них. Наноситаллизация стеклообразных твердых электролитов.
5. Применение твердых электролитов в твердотельных электрохимических устройствах. Электрохимические источники тока, аккумуляторы, топливные элементы, электрохромные и оптоионные устройства, газовые сенсоры и насосы.
Раздел 3. Обеспечение учебных занятий
3.1. Методическое обеспечение
3.1.1 Методические указания по освоению дисциплины
Не предусмотрены.
3.1.2 Методическое обеспечение самостоятельной работы
1. , Электрохимия твердых электролитов. М., «Химия»,1978
2. Хладик Дж. Физика электролитов. М., «Мир»,1978
3. Иванов-, : В 2 т. Т.1.-СПб.:Из-во С.-Петерб. Ун-та, 2000.
3.1.3 Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации и критерии оценивания
Промежуточная аттестация проводится в виде устного зачета по билетам (3 теоретических вопроса). Оценка "зачет" ставится, если студент делает полный развернутый ответ (50-100%) ответ на вопросы, изложенные в билете, и дополнительные вопросы. Оценка "незачет" ставится, если студент дает неполный (менее 50 %) ответ на вопросы, изложенные в билете, и дополнительные вопросы.
3.1.4 Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации (контрольно-измерительные материалы, оценочные средства)
Перечень вопросов к зачету по курсу определяется преподавателем, исходя из тем, включенных в данную программу.
Билет 1.
1. Классификация твердых тел.
2. Взаимодействие дефектов. Центры окраски.
3. Влияние акцепторных примесей на дефектную структуру нестехиометрического кристалла.
Билет 2.
1. Типы дефектов.
2. Электропроводность ионных кристаллов.
3. Зонная структура кристаллических твердых тел.
Билет 3.
1. Точечные дефекты – дефекты Шоттки и Френкеля.
2. Вывод уравнения ионной электропроводности
3. Влияние донорных примесей на дефектную структуру нестехиометрического кристалла.
3.1.5 Методические материалы для оценки обучающимися содержания и качества учебного процесса
Не предусмотрены.
3.2. Кадровое обеспечение
3.2.1 Образование и (или) квалификация преподавателей и иных лиц, допущенных к проведению учебных занятий
Д. х.н. или к. х.н., имеющий опыт преподавательской работы.
3.2.2 Обеспечение учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом
Не требуется.
3.3. Материально-техническое обеспечение
3.3.1 Характеристики аудиторий (помещений, мест) для проведения занятий
Занятия должны проводиться в аудиториях, снабженных оборудованием для
представления презентационного материала.
3.3.2 Характеристики аудиторного оборудования, в том числе неспециализированного компьютерного оборудования и программного обеспечения общего пользования
Компьютер для показа иллюстративного материала в формате Power Point и мультимедийный проектор.
3.3.3 Характеристики специализированного оборудования
Не предусмотрено.
3.3.4 Характеристики специализированного программного обеспечения
Не предусмотрено.
3.3.5 Перечень и объёмы требуемых расходных материалов
Не предусмотрен.
3.4. Информационное обеспечение
3.4.1 Список обязательной литературы
1. имия твердого тела. М., «Мир», 1988
2. , Электрохимия твердых электролитов. М., «Химия»,1978
3. Хладик Дж. Физика электролитов. М., «Мир»,1978
4. Иванов-, : В 2 т. Т.1.-СПб.:Из-во С.-Петерб. Ун-та, 2000.
5. Иванов-, : В 2 т. Т.2.-СПб.:Из-во С.-Петерб. Ун-та, 2010.
3.4.2 Список дополнительной литературы
1. имия твердого тела. М., «Мир»,1971
2. , Основы теоретической электрохимии. М., «Высшая школа»,1978
3. Миомандр Ф., Садки С., Одебер П., Меалле-лектрохимия. М.: «Техносфера», 2008
4. , Высокотемпературный электролиз газов. М., «Наука», 1988.
3.4.3 Перечень иных информационных источников
Интернет-ресурсы: Web of Science, www. elibrary. ru
Раздел 4. Разработчики программы
К. х.н., доцент кафедры химии твердого тела СПбГУ
