Рабочая программа по дисциплине ен. Р. 02 Физико-химические методы исследования поверхности 240302. 65 «Технология электрохимических производств»

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине Распределение трудоемкости (час) дисциплины по темам и видам занятий Содержание лекционного курса Перечень практических занятий Задания для самостоятельной работы студентов

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине дс. 01. 02 «Современные проблемы химических источников, 1006.89kb.
• Рабочая программа по дисциплине сд. 03 «Основы электрохимической технологии» 240302., 318.44kb.
• Рабочая программа по дисциплине ен. В. 02. 02 «Малоотходные и безотходные технологии, 151.8kb.
• Рабочая программа для подготовки инженеров по специальности 250300 "Технология электрохимических, 128.05kb.
• 240302. 65 «Технология электрохимических производств», 43.41kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Спецглавы электрохимии химических источников тока», 235.2kb.
• Рабочая программа по дисциплине енф. 04. 03 «Аналитическая химия и физико-химические, 231.96kb.
• Аннотация к учебной дисциплине, 52.33kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа», 326.88kb.
• Контрольная работа По дисциплине физико-химические свойства и методы контроля качества, 77.41kb.

Энгельсский технологический институт (филиал)

ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Кафедра «Технология электрохимических производств»


Рабочая программа

по дисциплине ЕН.Р.02 Физико-химические методы

исследования поверхности


240302.65 «Технология электрохимических производств»

Курс 3 (4) Семестр 5 (7) Лекции 17 (8) Лабораторные занятия 17 (6) Практические занятия нет Самостоятельная работа 34 (54) Всего аудиторных 34 (14) Всего 68 (68)

Курсовая работа нет Курсовой проект нет Расчетно-графическая работа нет Контрольная работа (7) сем Экзамен нет Зачет 5 (7) сем

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ТЭП

«31» августа 2010 г., протокол № 1

Зав. кафедрой, профессор _______________Н.Д. Соловьева


Рабочая программа утверждена на заседании УМКС

«04» октября 2010 г., протокол № 1

Председатель УМКС, профессор _________ Н.Д. Соловьева


г. Энгельс 2010

1. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
   
   1. Цель состоит в освоении основ электрохимических и физико-химических методов анализа поверхности металлов и сплавов применительно к химии, теоретической и прикладной электрохимии, материаловедению; в выработке умения выбрать оптимальную методику анализа и грамотно оценить полученный результат.
      
   2. Задачи изучения дисциплины: овладение научной методологией современных физических и химических методов, используемых для анализа состава и структуры поверхностных слоев металлов и сплавов, полученных металлургическим или электрохимическим способом.
      
   3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для усвоения данной дисциплины: физика и химия поверхности металлов и сплавов и продуктов их взаимодействия с окружающей средой (оксидов, нитридов, солей); основы кристаллохимии; физическая химия; основы научного эксперимента.
      

2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине
   

Студент должен знать:

- основные закономерности, которым подчиняется кристаллическая структура твердых тел; основные факторы, определяющие устойчивость структур в металлических фазах в объеме и на поверхности; строение метастабильных фаз и фаз внедрения; факторы, влияющие на кристаллическую структуру; роль дефектов, их природу и свойства; основные положения теории поля лигандов; теории фазовых переходов; взаимосвязь поверхностной энергии и формы кристалла, роль адсорбции и ион-ионных взаимодействий.

Смачиваемость поверхности и методы ее определения. Исследование зависимости смачиваемости металлов, сплавов и других твердых тел от потенциала поляризации, условий формирования поверхностного слоя электрода (покрытия металлами, сплавами, оксидами), от состава раствора и температуры. Смачиваемость электрода и потенциал нулевого заряда.

Адсорбция компонентов раствора на металлах, графите и оксидах. Физические, химические и электрохимические методы определения адсорбции. Методы изучения хемосорбции воды.

Взаимодействие металлов и сплавов с водородом. Физические и электрохимические методы изучения состояния водорода в металлах и его десорбции. Методы обнаружения фазы интерметаллических соединений в системе металл-водород.

- основы методов исследования поверхности металлов, сплавов и их соединений;

- микроскопии (оптической, электронной, растровой, туннельной), рентгеновской дифрактометрии;

- масс-спектрометрии вторичных ионов;

- спектральных методов ЭПР, ЯМР, РФЭС;

- электрохимических методов (кулонометрия, потенциометрия, под током и без тока, хроновольтамперометрия, импедансметрия, определение температуры приэлектродного слоя, смачиваемости поверхности);

- использование лазерного зонда, электронной спектроскопии в эллипсометрии поверхностных пленок;

- методов оптической топографии.

Студент должен уметь:

- правильно выбрать метод или комплекс методов для решения поставленной задачи;

- пользоваться такими приборами, как микроскоп, рентгеновский дифрактометр, потенциометр, потенциостат, мост переменного тока, кулонометр, термостат, спектрометр;

- правильно выбрать способ подготовки поверхности к эксперименту;

- провести расчеты в соответствии с методикой.

3. Распределение трудоемкости (час) дисциплины по темам и видам занятий
   

№ модуля	№ недели	№ темы	Наименование темы	ЧАСЫ
				Всего	Лекц.	Лаб.	СРС
1 2	1,2 3-6 7-10 11-12 13-14 15-16 17	1 2 3 4 5 6 7	Проблемы анализа микрообъектов. Особенности физико-химических анализа микропленочных объектов. Методы определения отклонений от стехиметрического состава металлов и сплавов полупроводниковых соединений. Электрохимические методы определения состава. Импедансометрия поверхности. Ренгенофазовый анализ. Оптическая и электронная микроскопия. Масс-спектрометрия вторичных ионов. Спектральные методы: РФЭС, оже-спектроскопия, ренгеноспектральный микрозондовый анализ, ЭПР, ЯМР	8(10) 16(8) 13 (12) 8(9) 6(7) 7(6) 5(7) 5(7)	2(2) 4 4(2) 2(1) 2(1) 1 1(1) 1(1)	2(2) 6 3(2) 3(2) - 3 - -	4(6) 6(8) 6(8) 3(6) 4(6) 3(6) 4(6) 4(8)
Всего				68 (68)	17 (8)	17 (6)	34 (54)

4. Содержание лекционного курса
   

№ темы	Всего часов	№ лекции	Тема лекции Вопросы, отрабатываемые на лекции
1 2 3 4 5 6 7	2(2) 8(2) 2(1) 2(1) 2 1(1) -(1)	1 2 3 4 5 6 7 8 9	Проблемы анализа микрообъектов. Особенности физико-химических и электрохимических методов анализа микропленочных объектов. Методы определения отклонений от стехиометрического состава в кристаллах и пленках металлов, сплавов и полупроводниковых соединений. Электрохимические методы. Определение состава поверхностного слоя, отклонений от стехиометрии: кулонометрия, тонкослойная полярография, тонкослойная хронопотенциометрия, циклическая хроновольтамперометрия. Электрохимические методы. Определение адсорбции: хронопотенциометрия, хроновольтамперометрия, хроноамперометрия. Термические методы. Термография приэлектродного слоя и расчет термодинамических характеристик образовавшегося на поверхности вещества. Методы определения pHs приэлектродного слоя. Конструкции микроэлектродов и материалы для них. Требования к микроэлектродам. Импедансметрия поверхности. Поверхностное электричество. Определение емкости и электрической проводимости формируемых поверхностных слоев. Требования к конструкции экспериментальной ячейки и к методике измерений. Физико-химические методы. Рентгенофазовый анализ. Определение состава и степени кристалличности образующихся на поверхности фаз. Рентгеновский определитель минералов. Физико-химические методы. Оптическая и электронная микроскопия. Принципиальная схема прибора. Подготовка образцов. Методика анализа микрофотографий. Масс-спектроскопия вторичных ионов. Спектральные методы: РФЭС, оже-спектроскопия, микрозондовый РСА, ЭПР, ЯМР: принцип работы прибора, методика подготовка образцов, методика обработки спектров.

5. Перечень практических занятий
   

Учебным планом не предусмотрен.

6. Перечень лабораторных занятий
   

№ темы	Всего часов	№ работы	Наименование темы. Вопросы, отрабатываемые на лабораторных занятиях
2 2 3 3 5	2 (2) 4 (2) 4 4 3 (2)	1 2 3 4 5	Определение качества металлических покрытий с помощью микроструктурного анализа [10]. Тема 2 Измерение рНs в поверхностном слое раствора[6]. Тема 2 Определение сопротивления тонкопленочных матричных электродов методом модуляционной переменно-токовой резистометрии [8]. Тема 3 Определение емкости двойного электрического слоя [9]. Тема 3 Определение краевого угла смачивания [7].

7. Задания для самостоятельной работы студентов
   

№ темы	Всего часов	Вопросы самостоятельного изучения	Литература
1 2 3 4 5 6 7	6(12) 8(12) 6(10) 4(5) 4(5) 4(5) 2(5)	Проблемы анализа микрообъектов. Особенности физико-химических анализа микропленочных объектов. Методы определения отклонений от стехиметрического состава металлов и сплавов полупроводниковых соединений. Физика и химия поверхности металлов и сплавов и продуктов их взаимодействия с окружающей средой (оксидов, нитридов и солей); основы кристаллохимии; физическая химия; основы научного эксперимента. Электрохимические методы определения состава. Смачиваемость поверхности и методы ее определения. Исследование зависимости смачиваемости металлов, сплавов и других твердых тел от потенциала поляризации, условий формирования поверхностного слоя электрода (покрытия металлами, сплавами, оксидами), от состава раствора и температуры. Смачиваемость электрода и потенциал нулевого заряда. Адсорбция компонентов раствора на металлах, графите и оксидах. Физические, химические и электрохимические методы определения адсорбции. Методы изучения хемосорбции воды. Взаимодействие металлов и сплавов с водородом. Физические и электрохимические методы изучения состояния водорода в металлах и его десорбции. Методы обнаружения фазы интерметаллических соединений в системе металл-водород. Импедансометрия поверхности. Изучить методологию постановки импедансных измерений при исследовании процессов: - электроосаждение сплавов; - катодного выделения водорода; - анодного оксидирования. Ренгенофазовый анализ. Устройство дифрактометра, расшифровка дифрактограмм. Оптическая и электронная микроскопия. Принцип работы микроскопа, оптический электронный микроскоп, РЭМ, ТЭМ. Выбор микроскопа в соответствии с поставленными задачами. Расшифровка микрофотографий. Масс-спектрометрия вторичных ионов. Принцип действия масс-спектрометра. Расшифровка спектров в методе ВИМС. Спектральные методы: РФЭС, оже-спектроскопия, ренгеноспектральный микрозондовый анализ, ЭПР, ЯМР Определение состава и количества фазы по глубине слоя. Возможности метода РФЭС.	3, 6, 8 (7, 8 доп.) 3 доп., 6, 9 4, 8, 9, 12, 14 12, 14 6, 8, 9 5, 6, 9 доп. 6, 8

8. Курсовой проект
   

Учебным планом не предусмотрен.

9. Курсовая работа
   

Учебным планом не предусмотрена.

10. Расчетно-графическая работа
    

Учебным планом не предусмотрена.

11. Тематика контрольных работ (для заочников)
    

1. Определение pHs приэлектродного слоя (в зоне протекания электрохимической реакции).
   
2. Метод оптической топографии и его использование для определения поверхностных дефектов.
   
3. Метод эллипсометрического микрозонда и его комбинация с фото-эдс.
   
4. Микрозондовый рентгеноспектральный анализ.
   
5. ЭВМ в микрозондовых исследованиях.
   
6. Метод сканирующего конденсаторного зонда (кельвин-зонд).
   
7. Измерение температуры приэлектродного слоя (в двойном электрическом слое).
   
8. Кулонометрические методы определения толщины гальванических покрытий.
   
9. Лазерно-эллипсометрический зонд и его использование при исследовании образования и роста зародышей новой фазы на поверхности.
   
10. Термогравиметрический анализ.
    
11. Метод масс-спектрометрии вторичных ионов.
    
12. Методы оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
    
13. Исследование поверхности методом вольтамперометрии в сочетании с измерением фототока.
    
14. Метод лазерного зонда и электронная микроскопия.
    
15. Компьютерное оптическое видео-микрозондирование поверхностных слоев.
    
16. Эллипсометрическая спектротомография поверхностных наноструктур.
    
17. Оптическая томография тонких слоев.
    
18. Профилографирование поверхности.
    
19. Методика подготовка образцов.
    

12.Экзаменационные вопросы

Экзамен учебным планом не предусмотрен

13. Список основной и дополнительной литературы

Основная

1. Вернигорова А.А. Современные химические методы исследования материалов: Учеб. Пособие, 2003.0 245 с.
   
2. Кларк Э.Р., Эберхардт К.Н. Микроскопические методы исследования материалов. М.: Техносфера, 2007.- 312 с.
   
3. Тушинский Л.И. и др. Методы исследования материалов. М.: Мир, 2004.- 234 с.
   
4. Материаловедение: учеб. для учрежд. средн. профессион. образования / А.М. Адаскин, Ю.Е. Седов, А.К. Онегина, В.Н. Климов; под ред. Ю.М. Соломенцева.-М.:Высш. шк.,2005.-456 с.
   
5. Пейсахов А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник/А.М. Пейсахов, А.М. Кучер.-3-е изд.-СПб:Изд-во Михайлова В.А., 2005.- 416с.
   
6. Измерение pH_s приэлектродного слоя: уч. пособие / Попова С.С, Ковальчук Ю.А. .-Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2007.-33 с.
   
7. Определение смачиваемости металлических покрытий на стали в водных растворах электролитов: уч. пособие / Попова С.С, Данилова Е.А., Гоц И.Ю. находиться в РИО Сарат. гос. техн. ун-та для издания в 2011 г.
   
8. Метод модуляционной резистометрии: уч. пособие / Попова С.С, Гоц И.Ю., Ковальчук Ю.А..-Саратов:Сарат. гос. техн. ун-т, 2009.-19с.
   
9. Исследование кинетики электрохимических процессов и емкости двойного электрического слоя методом переменного тока пособие / Попова С.С, Распопова Г.А., Данилова Е.А., Гоц И.Ю. находиться в РИО Сарат. гос. техн. ун-та для издания в 2011 г.
   
10. Определение качества металлических покрытий с помощью микроструктурного анализа. Методические указания у УИР по курсам «Физико-химические методы исследования в электрохимии функциональных гальванопокрытий», «Теоретические основы электроосаждения металлов и сплавов». Гоц И.Ю., Фролова О.В.
    

Дополнительная

1. Физико-химические методы исследования \\ Тр. МХТИ Вып. 101.-М.: 1978
   
2. Новые методы ф\х исследований \\ Тр. Ин-та физ. Химии, Вып. VI.- М: АН
   СССР, 1958.
   
3. Современные методы анализа микрообъектов и тонких пленок.
   Проблемы аналит. химии. Т.VI - М.: Наука, 1977.
   
4. Галюс, Теоретические основы электрохимического анализа.
   
5. Барковский, физико-химические методы анализа
   
6. Викков Л.В., ПентинЮ.А. Физические методы исследования в химии. - М.:
   Высшая школа, 1987.
   
7. Гордон А., Форд Р. Спутник химика.-М. : Мир, 1976.
   
8. Рентген о-спектральный и электронно-микроскопический методы
   исследования структуры и свойств материалов \ Под ред. Нестеренко.-
   Минск: Наука и техника, 1980.
   
9. Растровый электронный микроскоп и рентгеновский микроанализ \Пер. с
   англ. - В 2 кн. -: Химия, 1989.
   
10. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений.
    -М.: Химия, 1984.
    
11. Карлсон Т. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия. - М.:Машиностроение,
    1981.
    
12. Жданов Г.С. Дифракционный и резонансный структурный анализ.-М:
    Химия.
    
13. Ядерные методы химического анализа окружающей среды. - М.: - Химия,
    1991.
    
14. Русанов А.А. Рентгенография металлов. - М.: Атомиздат, 1977.
    
15. Булатов М.И., Калинин И.П. Практическое руководство по
    фотометрическим методам анализа. -Л.: Химия, 1986.
    
16. Жбанков Р.Г. Колебательные спектры. - Л.: Химия, 1993.
    
17. Топорец А.С. Оптика шероховатой поверхности. Л.: Машиностроение.
    Ленингр. Отд-ние, 1988.
    
18. Карлов Н.В., Кириченко Н.А., Лукьянчук Б.С. Лазерная термохимия. М:
    Центрком, 1995. 368с.
    
19. Демтредер В. Лазерная спектроскопия. Основные принципы и техника
    эксперимента. М.: Наука, 1985. 608с.
    
20. Котенев В.А. Защита металлов, 2000. Т. 36. № 4. С. 405-415, № 5 с. 451-467.
    
21. Зенгуиль Э. Физика поверхности. М.: Мир, 1990. 536с.
    
22. Чопра К.Л. Электрические явления в тонких пленках. М.: Мир, 1972. 435с.
    
23. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.:
    Мир, 1989.344с.
    
24. Реконструкция изображений \ Под ред. Старка Г. М.: Мир, 1992. 636 с.
    
25. Итоги науки и техники. Коррозия и защита от коррозии - Котенев В. А.,
    Фокин М.Н.) - 1988. М.: ВИНИТИ, Т. 14.
    

14. Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной техники

Оптический микроскоп (биологический). Микроэлектроды. Образцы рентгенограмм, термограмм, калибровочных кривых. Схема установки для определения краевого угла смачивания. Схема подключения микроэлектрода при определении рН_S приэлектродного слоя. Лекции №1-4 читаются с использованием мультимедийной техники.

Рабочая программа составлена

доцентом кафедры «ТЭП» Гоц И.Ю.