Отчет за 2006/07 учебный год

Вид материала

Содержание

Цель изучения дисциплины
Структура тем
Объем времени и виды учебной работы
Физико-химические основы материаловедения
Цель изучения дисциплины
Структура тем
Объем времени и виды учебной работы
Цель изучения дисциплины
Структура тем
Объем времени и виды учебной работы
Метрология и экспериментальные методы исследования композитов
Цель изучения дисциплины
Структура тем
Объем времени и виды учебной работы
Физика поверхности и границ раздела
Цель изучения дисциплины
Объем времени и виды учебной работы
Методы физико-химического анализа
Цель изучения дисциплины
Структура тем
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6

^{Квантовая теория твердого тела}

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Введение в предмет построено на основе хорошо разработанных курсов теории твердого тела, которые имеют классическую методологию решения практических задач при сопоставлении теории и эксперимента. Эта часть курса обеспечена учебными пособиями. Современное развитие нанотехнологии идет такими темпами, что установившихся учебных курсов практически нет. Поэтому изложение теоретического материала и выбор задач определялись десятилетним опытом работы с наноалмазом, из которого недавно был создан пористый узкозонный полупроводник с необычными свойствами. Этот пример будет использован для практических занятий по курсу, в котором применение методологии квантовой теории твердого тела к наноструктурам и новым электронным устройствам составляет ядро этого курса.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Ознакомить студентов с}^{квантовой теорией твердого состояния}^{, которая необходима для решения современных инженерных и исследовательских задач при создании новых материалов и устройств. Научить студентов решать классические задачи квантовой теории твердого тела, и выработать практические навыки анализа физических свойств твердотельных наноструктур.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение в теорию твердого состояния: теория Друде, энергетические зоны, распределение Ферми-Дирака, диэлектрики, полупроводники (собственные и легированные) и металлы. Электрические, магнитные и механические свойства.}

^{Модель свободных электронов (приложения к металлам и полупроводникам),}^p^-ⁿ^{переход, магнетизм, сверхпроводимость, теплоемкость}^{. Модели Дебая и Эйнштейна.}
^{Квантование коллективных возбуждений в твердом теле, представление о квазичастицах. Фононы в ковалентных, молекулярных и ионных кристаллах. Плазменные волны в твердых телах. Плазмоны. Экранирование. Спиновые волны. Магноны.}
^{Поверхностные электронные состояния, модель Тамма, локализованные таммовские состояния, терагерцовая генерация, электронно-колеательные состояния в молекулярных кластерах и надмолекулярных структурах.}
^{Квантово-размерные эффекты.}^{Модели Адрерсона, Мотта и Лифшица для аморфного конденсированного состояния. Квантовое расщепление колебательных мод. Электрон-фононное взаимодействие в твердотельных наноструктурах. Механизм прыжковой проводимости в низкоразмерных полупроводниках.}
^{Современные приложения квантовой теории твердого состояния в квантовой электронике, фотонике и спинтронике. Квантовые ямы, проволоки и точки. Джозефсоновские контакты, кулоновская блокада, одноэлектроника}^{. Физические свойства пористых твердых тел из квантовых точек. Представление о квантовом компьютере.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, лабораторные занятия и компьютерное моделирование – 17 часов, самостоятельная работа – 17 часов.}

^{Составил профессор П.И. Белобров}

^{Физико-химические основы материаловедения}

^{и технологии композитов (часть}^I⁾

^{Кредиты: 3}

^{Аннотация дисциплины:}

Композиционные материалы являются основной частью современных материалов. Успешная работа в области материаловедения композиционных материалов требует реализации физико-химического подхода к рассмотрению свойств дисперсных систем и явлений на межфазной границе, основ современных технологий получения порошковых материалов, композитов и изделий на их основе. Основная задача дисциплины - научить студента использовать знания о композиционных материалах для решения научно-исследовательских и технических задач, необходимых для развития научно-практических навыков и творческого мышления будущего специалиста.

^{Цель изучения дисциплины:}

Целью преподавания первой части данной дисциплины является знакомство обучающихся с характерными особенностями дисперсных систем, на основе которых получают композиционные материалы, в том числе твердых золей, являющихся нанокомпозитами.

^{Структура тем:}

Модуль 1. Введение в курс. Основные определения. Методы получения дисперсных систем. Размерные характеристики частиц и их классификация. Методы получения дисперсных систем. Диспергирование и конденсация. Механические, физические, физико-химические и химические методы получения. Термодинамическое описание дисперсных систем. Термодинамические функции и основные законы термодинамики. Термодинамическое описание поверхностного слоя. Влияние дисперсности на термодинамические свойства дисперсных систем. Уравнение Кельвина. Фазовые переходы первого рода и влияние дисперсности на их температуру. Правило фаз Гиббса для дисперсных систем. Ограничения применимости классической термодинамики к описанию отдельных частиц и их ансамблей. Физико-химический анализ дисперсных систем.

Модуль 2. Явления на границе раздела фаз. Общие закономерности. Адгезия и смачивание. Уравнение Дюпре и закон Юнга. Адсорбция. Фундаментальное уравнение Гиббса. Физическая и химическая адсорбция. Образование двойного электрического слоя. Уравнение Липпмана. Основные пути релаксации систем с избыточной поверхностной энергией.

Модуль 3. Дисперсные системы и их особенности. Классификация дисперсных систем. Специфика межфазных явлений в системах с различным агрегатным состоянием дисперсионной среды. Адсорбция газов на твердой поверхности. Аэрозоли и порошки. Адсорбция из растворов на твердой поверхности. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетический потенциал. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем. Факторы устойчивости. Теория устойчивости дисперсных систем. Лиозоли, суспензии, гели и пасты. Структурно-механические свойства дисперсных систем. Твердые золи.

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, лабораторные работы – 17 часов.}

^{Составила доцент Г.А. Чиганова}

^{Физико-химические основы материаловедения}

^{и технологии композитов (часть}^II⁾

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Композиционные материалы на основе порошков, усов и волокон являются приоритетным направлением в области создания современных и перспективных конструкций в различных отраслях промышленности, авиации, космонавтике, строительстве, бытовой техники. Для создания композитов с повышенными, новыми или уникальными свойствами в курсе изучают способы и технологии получения металлокомпозиционных материалов. Рассматривают явления и процессы, происходящие при формовании и спекании композитов. Рассматриваются особенности, структуру и свойства порошковых и волокнистных композиционных материалов.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Изучение основ современных и перспективных технологий получения и применения порошковых волокнистых металлокомпозиционных материалов.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение в дисциплину. Основные понятия и определения. Классификация композиционных материалов.}^{Металлокомпозиционные материалы. Сравнительные характеристики и области применения.}

^{2. Теория и технология формования металлических порошков. Подготовка порошков. Особенности процессов формования обычных и ультрадисперсных порошков. способы и технологии формования. Оборудование и технологическая оснастка.}

^{3. Теория и технология спекания. Особенности твердофазного и жидкофазного спекания. Теория процессов и основные закономерности. Практика спекания. Технология, структура и свойства порошковых материалов. Классификация. Свойства изделий и методы их контроля. Материалы и особенности технологий изготовления порошковых материалов.}

^{5. Волокнистые}^{металлокомпозиционные материалы. Общие сведения, классификация. Материалы на основе алюминия, магния, титана, никеля. Армированные материалы с пластичной и хрупкой матрицей.}

^{6. Ультрадисперсные порошки в порошковой металлургии. Особенности применения в материалах различного назначения.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, лабораторные работы – 17 часов, курсовой проект, самостоятельная работа – 95 часов.}

^{Составил профессор В.Е. Редькин}

Метрология и экспериментальные методы исследования композитов

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Метрологическое обеспечение физических исследований и идентификации свойств композиционных структур является неотъемлемой частью технологий их производства. Интерпретация первичных данных контроля на образцах композиционного материала и соответствующих данных тестируемой без разрушения композитной структуры требует привлечения принципиально различных методов обработки и представления результатов контроля.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Изучение физических методов экспериментального исследования композитных структур на единой методологической основе, знакомство с существующими государственными стандартами РФ и международными стандартами}^ISO^{9000 в области обеспечения и контроля качества композитных структур.}

^{Структура тем:}

1. Введение в курс. Основные определения. Структурное представление измерительного процесса и аксиоматика измеримых физических величин. Погрешности измерения и их вероятностное представление. Понятие об эффективности процессов измерения.

2. Основы ультразвуковой диагностики композитных структур. Распространение ультразвуковых волн в упругих телах. Типы ультразвуковых волн. Взаимодействие с неоднородной материальной средой. Характеристические параметры ультразвуковых колебаний. Понятие о диаграммах направленности. Базовые схемы прозвучивания и их разрешающая способность.

3. Диэлькометрические методы оценки параметров композита. Взаимодействие материальной среды с тестовым электрическим полем. Основные понятия и определения. Методология контроля электрофизических параметров композитной среды в условно-однородном электрическом поле. Электродные системы первичных преобразователей с резко-неоднородным распределением тестовых электрических полей. Обработка первичных данных контроля.

4. Метод внутреннего трения. Температурно-частотные зависимости. Корреляционные связи с диэлькометрией и ультразвуковой техникой исследования свойств материала. Метод акустической эмиссии (АЭ). Источники АЭ в композитных структурах и их активизация различными тестовыми нагружениями. Интенсивность и динамика АЭ. Диагностирование состояний композитных оболочек по методу АЭ.

5. Контроль теплофизических свойств покрытий. Оценка свойств слоистых композитов по интенсивности тепловой абсорбции. Термография и ее инструментальное обеспечение. Применение нестационарного эффекта Доплера при ультразвуковом контроле теплофизических свойств покрытий. Комплексное применение проникающих физических полей различной природы в многопараметровом контроле композитов. Сдвиговая лазерная интроскопия. Средства визуализации поверхностных ультразвуковых волн. Акустическая и микроволновая микроскопия. Основы ультразвуковой томографии композитов.

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, семинары – 8 часов, лабораторные работы – 8 часов, самостоятельная работа – 34 часа.}

^{Составил профессор Бульбик Я.И.}

Физика поверхности и границ раздела

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Приводятся сведения о структуре и функциональных физических процессах на поверхности конденсированных сред и границах раздела в связи с современными технологиями полупроводниковых сверхрешеток, магнитных мультислойных и других структур.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Приобретение знаний, необходимых в фундаментальных физических исследованиях.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение. Взаимосвязь современной физики поверхности и границ раздела с наукоемкими технологиями. Композиционные и легированные полупроводниковые сверхрешетки. Энергетическая структура и электронный спектр, расщепление зон на минизоны. Магнитные мультислои, их структура и физические свойства.}

^{2. Технологии тонких пленок и многослойных структур. Зародышеобразование и рост тонких пленок. Поверхностные процессы, происходящие при выращивании тонкой пленки (поверхностная диффузия, взаимодиффузия, встраивание в решетку, поверхностная аггрегация). Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Устройство и принцип работы простейшей МЛЭ-установки. Рост из газовой фазы с использованием металлоорганических соединений. Типы роста эпиксиальных структур.}

^{3. Структура и морфология поверхности. Симметрия поверхности. Двумерные решетки Браве. Описание структур верхних слоев. Обратная двумерная решетка. Стержни обратной решетки и дифракция электронов.}

^{4. Методы исследования поверхности. Дифракция медленных электронов. Дифракция отраженных быстрых электронов и ее применение для исследования микроморфологии поверхности. Ионизационные и характеристические потери энергии электронов. Плазменные колебания.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, лабораторные работы – 17 часов, самостоятельная работа – 49 часов.}

^{Составил профессор Паршин А.С.}

Методы физико-химического анализа

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Приводятся базовые положения об основах различных методов исследования материалов.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Приобретение магистрантами теоретических знаний и практических навыков исследования материалов регулярной структуры.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение. Обзор различных методов исследования структуры, фазового и химического состава материалов.}

^{2. Элементы кристаллофизики. Описание структуры кристаллов. Элементы симметрии и классы симметрии. Типы кристаллических решеток. Прямая и обратная решетки.}

^{3. Методы исследования кристаллической структуры. Физические основы рассеяния рентгеновских и электронных волн на кристаллической решетке. Закон Вульфа-Брегга. Экспериментальные методы рентгеноструктурного анализа. Метод Лауэ. Метод вращения кристалла. Метод Дебая-Шеффера. Условия дифракции и обратная решетка. Построение Эвальда.}

^{4. Методы исследования химического состава. Масс-спектрометрический метод физико-химического анализа. Времяпролетный масс-спектрометр. Квадрупольный масс-спектрометр. Рентгеновский спектрометр и анализ структуры тонких пленок.}

^{5. Электронно-микроскопические методы исследования. Физические основы электронной оптики. Топографический контраст и контраст состава. Исследование микрорельефов поверхности с помощью растровой электронной микроскопии. Применение электронной спектроскопии для исследования механизмов роста тонких пленок. Исследование распределения элементного состава по глубине тонких пленок и гетероструктур.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, лабораторные работы – 17 часов, самостоятельная работа – 49 часов.}

^{Составил профессор Лепешев А.А.}

Экологический мониторинг биосферы

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Курс имеет мировоззренческий характер и оперирует данными о глобальном нарушении природного баланса техногенной деятельностью человека.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Формирование экологического мировоззрения и методологии мониторинга окружающей среды.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение в курс. Понятие экологического мониторинга. Виды мониторинга. Задачи экологического мониторинга. Глобальная система мониторинга окружающей среды.}

^{2. Эколого-аналитический мониторинг. Международная геосферно-биологическая программа. Государственные системы мониторинга и их эволюционное развитие. Методология экологического мониторинга и его инструментальное обеспечение. Экологическое нормирование состояния экосистем и территорий. Критерии оценки. Химические показатели. Биологические и санитарные показатели.}

^{3. Экологическое законодательство РФ. Мониторинг загрязнения поверхностных вод и суши. Оценка загрязнения атмосферы. Парниковый эффект.}

^{4. Спектрокомпьютерные методы эколого-аналитического мониторинга. Микроволновое зондирование Земли из космоса. Применение в природопользовании.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, лабораторные работы – 17 часов, семинарские занятия – 17 часов.}

^{Составил профессор Корец А.Я.}

Фазовые переходы в сплавах

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Излагаются основные теоретические подходы для описания явлений, связанных с процессами упорядочения в сплавах, а также термодинамическая теория фазовых переходов.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Ознакомление с физическими свойствами металлических сплавов, испытывающих фазовые превращения типа порядок-беспорядок.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение. Основные экспериментальные данные о физических свойствах упорядочивающихся сплавов. Особенности поведения физических свойств сплавов в области фазового перехода.}

^{2. Термодинамическая теория Ландау фазовых переходов второго рода. Однокомпонентный параметр порядка. Особенности поведения физических свойств при фазовом переходе с многокомпонентным параметром порядка.}

^{3. Статистическая теория упорядочения в сплавах. Метод статических концентрационных волн в статистической теории упорядочения. Сверхструктуры замещения и внедрения. Равновесный ближний порядок в бинарных сплавах.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, практические и семинарские занятия – 17 часов.}

^{Составил профессор Зиненко В.И.}

Межатомные взаимодействия и связь в твердых телах

^{Кредиты:}³

^{Аннотация дисциплины:}

^{Даются физические основы понятий валентности и ковалентности, а также природа различных типов связи как в молекулах, так и в конденсированных фазах.}

^{Цель изучения дисциплины:}

^{Ознакомление с современными представлениями электронной теории твердых тел, включая теорию электронной структуры и влияния особенностей этой структуры на наблюдаемые свойства.}

^{Структура тем:}

^{1. Введение. Основные типы межатомных взаимодействий. Электронные оболочки атомов в свободном состоянии и в твердом теле. Взаимодействие между атомами или ионами с заполненными электронными оболочками. Взаимодействие ионов с заполненными оболочками.}

^{2. Основные понятия теории валентности. Связывающие и антисвязывающие орбитали. Метод линейной комбинации атомных орбиталей. Кулоновский и обменный вклады в энергию. Распределение электронов на валентной связи и гибридные орбитали.}

^{3. Основные типы связи. Молекулярные кристаллы. Ионные кристаллы. Энергия электростатического взаимодействия зарядов. Формулы Фурье-обращения в конечном объеме. Расчеты энергии связи в ионных кристаллах.}

^{4. Металлическая связь. Энергия Маделунга для металлов. Кристаллы с ковалентной связью. Квази-одномерные и квази-двумерные системы со смешанной связью. Поверхности Ферми для свободных и почти свободных электронов. Метод ортогонализованных плоских волн. Псевдоволновая функция и псевдопотенциал.}

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа, практические и семинарские занятия – 17 часов.}

^{Составил профессор Зиненко В.И.}

Радиоспектроскопия в исследованиях конденсированного состояния вещества

^{Кредиты: 3}

^{Аннотация дисциплины:}

Изложены основные положения метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Диполь-дипольное взаимодействие, химический сдвиг, квадрупольное взаимодействие представлено в приложении к исследованиям твердого тела. Представлены последние достижения ЯМР томографии. Метод ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) излагается в практических приложениях при исследовании органических и неорганических соединений. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) представлен в применении к изучению твердых тел и жидкостей. Значительное место при изложении курса лекций посвящено аппаратуре методов радиоспектроскопии. Вопросы развития радиоспектроскопии излагаются в свете прогресса метода при изучении конденсированного состояния вещества.

^{Цель изучения дисциплины:}

Получение студентами знаний об основных особенностях ядерного и электронного магнетизма, реализованного через обобщенное понятие – радиоспектроскопия; освоение основных навыков практического применения радиоспектроскопии в исследованиях конденсированного состояния вещества. Радиоспектроскопия – предмет, в котором объединены последние достижения инженерной и физической науки. Три составляющие части радиоспектроскопии: ядерный резонанс (ЯМР), ядерный квадрупольный (ЯКР) и электронный парамагнитный (ЭПР) позволяют изучать твердые тела, жидкости и газы на ядерном и электроном уровне.

^{Структура тем:}

1. Основы ядерного магнитного резонанса. Ядерная поляризация. Прецессия ядерной намагниченности. Непрерывный метод регистрации ядерного магнитного резонанса. Уравнения Блоха для ядерной намагниченности. Поперечная и продольная релаксация. Форма линии ЯМР.

2. Аппаратура ядерного магнитного резонанса. Аппаратура непрерывного ядерного магнитного резонанса. Сверхпроводящие магнитные системы. Устройство сверхпроводящих магнитных систем для ЯМР. Аппаратура импульсного ядерного магнитного резонанса. Блок схема спектрометра импульсного резонанса. Синхронное квадратурное детектирование. Система усиления и регистрации сигнала ЯМР.

3. Ядерный магнитный резонанс твердого тела. Неоднородное и однородное уширение линий ЯМР. Диполь - дипольное взаимодействие в магнитном резонансе. Пейковский дублет. Метод вторых моментов. Химический сдвиг линий ЯМР. Причины вызывающие химический сдвиг. Диамагнитный и парамагнитный вклады. Квадрупольное возмущение спектров ЯМР. Двухквантовый переход. Импульсный метод наблюдения квадрупольно – возмущенных линий ЯМР. Флуктуация локального поля. Релаксационные измерения. Т₂, Т₁, T₁_r- понятия и методы измерения. Информация, извлекаемая из релаксационных измерений. Практическое применение ЯМР при исследованиях в твердых телах. Структура. Подвижность. Кинетика. Химическая связь.

4. Ядерные взаимодействия в собственных полях. Внутренне магнитное поле в ферромагнетиках. ЯМР в магнитных материалах. Информация, извлекаемая из ЯМР в собственных полях. Случай сильного квадрупольного взаимодействия. Спектры ЯКР. Температурная зависимость частот ЯКР. Импульсный метод наблюдения ЯКР. ЯКР ядер азота. Сложности наблюдения. Метода двойного резонанса ЯМР-ЯКР. Практическое применение ЯКР.

5. ЯМР томография. ЯМР томография. Получение градиентного поля для томографии. Датчики ЯМР в этом случае. Данные из плотности сигнала и из релаксационных данных.

6. Электронный парамагнитный резонанс. Аппаратура ЭПР. Взаимодействия, приводящие к мультиплетности спектра ЭПР. Информация, извлекаемая из ЭПР. Применение ЭПР.

^{Объем времени и виды учебной работы:}

^{Лекции – 34 часа,}

^{практические занятия – 34 часа, лабораторные работы – 17 часов.}

^{Составил профессор А.К. Москалев}

^{Направление «Системный анализ и управление»}

Современные проблемы системного анализа и управления

^{Кредиты:}

^{Аннотация дисциплины:}

Студенты в ходе изучения данной дисциплины осваивают методологические основы прикладного системного анализа, изучают технологические приемы прикладного системного анализа, а также получают навыки выполнения основных этапов системного исследования реальной проблемы.

^{Цель изучения дисциплины:}

Blog

Отчет за 2006/07 учебный год

Содержание

Квантовая теория твердого тела

Современные проблемы системного анализа и управления

^{Квантовая теория твердого тела}