Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 утверждаю
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 360.66kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 -21/01, 102.93kb.
- Рабочая программа учебной ф тпу 1 21 / 01 дисциплины утверждаю: Директор иип, 107.44kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1- /01 утверждаю, 624.2kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 613.5kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 358.31kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 214.59kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 370.96kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 409.82kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 389.67kb.
 Рабочая программа учебной дисциплины | | Ф ТПУ 7.1 – 21/01 |
утверждаю
Директор Института высоких технологий
_____________ В.В. Лопатин
«_____»_______________ 2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Методы диагностики вещества в наносостоянии
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
510400 Физика
Профиль подготовки (специализация, программа)
Методы получения наноматериалов, их структура и свойства
Квалификация: магистр
Базовый учебный план приема 2009 г.
Курс – шестой Семестр – одиннадцатый
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 4,5
Пререквизиты «Физика», «химия», «материаловедение»
Кореквизиты «Математические методы обработки экспериментальных данных», «Общая физика», «Общая и неорганическая химия», «Физическая и коллоидная химия»
Вид учебной деятельности и временной ресурс:
Семестр Осенний
Лекции 36 часов
Практические занятия 18 часов
Аудиторные занятия 54 часа
Самостоятельная работа 90 часов
ИТОГО 144 часа
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН В 11 СЕМЕСТРЕ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА кафедра общей и неорганической химии
Руководитель _________________д.ф.м.н., профессор А.П. Ильин
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _________________ д.ф.м.н., профессор А.П. Ильин
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________ к.х.н., доцент Д.О. Перевезенцева
2010 г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины магистрант приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1, Ц2 и Ц5 основной образовательной программы «Методы получения наноматериалов, их структура и свойства».
Дисциплина нацелена на подготовку магистрантов к:
- научно-исследовательской и производственно-технологической работе в области высокоэффективных процессов получения наноматериалов и изучению их свойств, связанной с выбором необходимых методов диагностики физико-химических свойств и исследования структурных характеристик наноматериалов,
- умению правильно производить выбор методов дисгностики наноматериалов в зависимости от их свойств и функций,
- решению научно-исследовательских и прикладных задач, возникающих при изучении свойств наноматериалов,
- поиску и анализу профильной научно-технической информации, необходимой для решения конкретных инженерных задач, в том числе при выполнении междисциплинарных проектов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к специальным дисциплинам профессионального цикла (М.3.8.). Она непосредственно связана с дисциплинами естественнонаучного и математического цикла (физика, химия) и общепрофессионального цикла (сопротивление материалов, материаловедение) и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для дисциплины «Методы диагностики вещества в наносостоянии являются дисциплины ЕНМ цикла: «Физика», «Общая и неорганическая химия», «Основы математического анализа», «Физическая и коллоидная химия».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины магистранты должны научиться самостоятельно планировать проведение эксперимента, выбирать оптимальные методики и оборудование для экспериментальных исследований, рационально определять условия и диапазон экспериментов, проводить обработку полученных результатов.
После изучения данной дисциплины магистранты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р1, Р3, Р5*. Соответствие результатов освоения дисциплины «Методология и приборы экспериментальных исследований в машиностроении» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.
| Формируемые компетенции в соответствии с ООП* | Результаты освоения дисциплины |
| З.1.1, З.1.2, З.3.1, З.3.3, З.5.1. | В результате освоения дисциплины магистрант должен знать: Принципы и этапы планирования научно-исследовательской работы; основные и специализированные методы и оборудование для экспериментальных исследований в области получения наноматериалов и исследования их свойств; специальные разделы механики и физики, лежащие в основе используемых методов и оборудования для оценки и анализа физико-механических свойств новых материалов и изделий из них; физические принципы качественного и количественного структурного анализа материалов и изделий; физические принципы оптической геометрии; методы и оборудование оптической, электронной и рентгеновской микроскопии; современные методы инженерного и научного анализа экспериментальных результатов. |
| У.1.1, У.1.2, У.3.1, У.5.1, У.5.2, У.5.3. | В результате освоения дисциплины магистрант должен уметь: Планировать, проводить и оценивать результаты экспериментальной исследовательской работы; формулировать технически задачи с учетом наличия соответствующего оборудования, методик, инструментов и материалов, ограничений; интегрировать различные методы и методики экспериментальных исследований для решения конкретных задач; модернизировать методики получения и обработки экспериментальных данных; выбирать и использовать методы и оборудование для анализа физико-механических свойств новых материалов и изделий из них; критически оценивать полученные экспериментальные данные и определять их перспективность; находить и использовать научно-техническую информацию в исследуемой области из различных ресурсов, включая на английском языке. |
| В.1.1, В.1.2, В.1.3, В.3.2, В.3.3, В.5.1, В.5.2. | В результате освоения дисциплины магистрант должен владеть: Опытом работы с научно-исследовательским оборудованием; устойчивыми навыками проведения эксперимента с учетом выбора оптимальных методик и оборудования для исследований, рационального определения условий и диапазона экспериментов, обработки, систематизации и анализа полученных результатов; опытом работы и использования в ходе проведения исследований к научно-технической информации, Internet-ресурсов, баз данных и каталогов, электронных журналов и патентов, поисковых ресурсов и др. в области высокотехнологического машиностроительного производства, в том числе, на иностранном языке. |
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки магистров по направлению 011200 «Физика».
- Структура и содержание дисциплины
- Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
- Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
| № | Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Итого (час) | Формы текущего контроля и аттестации | |
| | | Лекции (час) | Практ. занятия (час) | |||
| 1 | Особенности наночастиц и диагностика механических характеристик наночастиц | 8 | 6 | 20 | 34 | Рубежный контроль |
| 2 | Диагностика структурных и поверхностных характеристик | 12 | 6 | 24 | 42 | Рубежный контроль |
| 3 | Фазовый анализ вещества, его реакционная способность | 12 | 6 | 24 | 42 | Рубежный контроль |
| 4 | Применение наночастиц | 4 | 0 | 22 | 26 | Презентация |
| | Промежуточная аттестация | | | | | Экзамен |
| | Итого | 36 | 18 | 90 | 144 | |
- Содержание разделов дисциплины
4.2.1. Содержание лекционных занятий:
Раздел 1. Особенности наночастиц и диагностика механических характеристик наночастиц (8 ч)
Лекция 1. Цели и задачи дисциплины. Основные характеристики и особенности наночастиц и наноматериалов, их классификация.
Лекция 2. Методы определения устойчивости дисперсных систем. Особенности устойчивости нанодисперсных систем.
Лекция 3. Методы статистической обработки результатов эксперимента: точность, правильность, воспроизводимость результатов измерений, классификация погрешностей.
Лекция 4. Определение механических свойств. Методики и основное оборудование для проведения механических испытаний. Определение пикнометрической и насыпной плотности, микротвердости, сыпучести, удельной поверхности. Методы испытаний: одноосное растяжение, диаметральное сжатие, нагружение внутренним давлением, испытания при изгибе, испытания при двуосном напряженном состоянии, источники ошибок при прочностных испытаниях.
Раздел 2. Диагностика структурных и поверхностных характеристик (12 ч)
Лекция 5, 6. Методы определения среднего размера наночастиц
Электронная микроскопия: растровая микроскопия (РЭМ) и просвечивающая микроскопия (ПЭМ). Схема электронной оптики РЭМ. Передача изображений в цифровой форме и обработка. Схема электронной оптики ПЭМ. Формирование изображения в ПЭМ. Подготовка образцов для исследования поверхностей на микроскопах. ПЭМ марки JEM-2100F. Возможности и ограничения ПЭМ и РЭМ. Дифракционный метод, принцип метода.
Лекция 7, 8. Методы определения структурных характеристик вещества в наносостоянии
Метод малоуглового рассеивания. Области применения малоуглового рассеивания. Принцип суперпозиций. Определение структуры полидисперсных систем. Структурные инварианты наночастиц для разбавленных растворов монодисперсных систем.
Теоретические основы рентгеноструктурного анализа. Основные методики, используемые в рентгеноструктурном анализе. Особенности современной аппаратуры для исследования параметров структуры полукристаллических материалов, включая тонкие пленки, покрытия и наноразмерные порошки.
Лекция 9, 10. Методы определения поверхности наноструктур.
Атомно-силовая микроскопия (АСМ). АСМ-методы: бесконтактный режим, полуконтактный режим, режим локальной жесткости. Силовое взаимодействие зонда и образца. Конструкция СЗМ «NanoEducator». Туннельная микроскопия. Сканирующий электронный микроскоп марки JSM-7500FA. Сканирующая зондовая микроскопия. Исследование поверхности твердых тел методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). СТМ-методы: режим измерения локальной высоты барьера, режим спектроскопии. Особенности структуры субмикрокристаллических веществ.
Раздел 3. Фазовый анализ вещества, его реакционная способность
Лекция 11. Рентгенофазовый и рентгенофлуоресцентный анализ.
Рентгеноструктурный анализ, фазовый анализ. Количественный и качественный анализ. Исследования элементного и фазового состава поверхностей металлов. Методика расшифровки рентгенограмм. Информация, получаемая на рентгеновских аппаратах. Подготовка образцов для рентгенографии. Аппараты для рентгеновской съемки. Особенности современной аппаратуры для исследования фазового состава и параметров структуры полукристаллических материалов, включая тонкие пленки, покрытия и наноразмерные порошки.
Лекция 12. Методы определения реакционной способности вещества в наносостоянии.
Термический анализ. Основные принципы дифференциально-термического анализа и термогравиметрии. Приборы для проведения ДТА. Применение ДТА,
Лекция 13-16. Методы определения электрохимических свойств вещества в наносостоянии.
Потенциометрич, кондуктометрия, вольтамперометрия. Общая характеристика методов, их принципы и аппаратура. Возможности и ограничения. Подготовка образца к анализу. Особенности полярографического и вольтамперометрического поведения наночастиц металлов.
Раздел 4. Применениа наночастиц (4ч)
Лекция 17,18. Сенсоры и биосенсоры, классификация, принципы их работы. Преимущества использования электрохимических сенсоров и биосенсоров. Примеры использования сенсоров и биосенсоров для распознования вещества.
4.2.2. Содержание практического раздела дисциплины (18 ч):
По действующему учебному плану предусмотрены практические и занятия. 1. Особенности вещества в наносостоянии.
2.Термодинамические параметры наносостояния и его устойчивость..
3.Статистическая обработка экспериментальных данных среднего размера частиц, полученных разными методами.
4.Рубежный контроль 1.
5.Обработка данных атомно-силовой и туннельной микроскопии и их интерпритация.
6.Обработка данных рентгеновского эксперимента порошка. Профильный анализ.
7.Рубежный контроль 2.
8.Термодинамические расчеты характеристик наноматериалов с использованием электрохимических данных
9.Рубежный контроль 3.
Практические занятия посвящаются решению расчетных задач и упражнений и проработке наиболее сложных в теоретическом плане проблем и проводятся в двух формах:
1) решение и объяснение типовых задач по данной теме;
2) самостоятельная работа магистрантов с использованием литературы и консультаций преподавателя при выполнении ими контрольных заданий.
3) Подготовка магистрантами рефератов.
- Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
| № | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| | З.1.1 | | | х | х |
| | З.1.2. | | х | | |
| | З.3.1. | х | | | |
| | З.3.3. | х | | | |
| | З.5.1. | х | х | | |
| | У.1.1. | | х | | |
| | У.1.2. | | | | |
| | У.3.1. | х | | | |
| | У.5.1. | х | | | |
| | У.5.2. | | | х | х |
| | У.5.3. | | х | | |
| | В.1.1. | х | | | |
| | В.1.2. | | | х | |
| | В.1.3. | | | | х |
| | В.3.2. | х | | | |
| | В.3.3. | | | | Х |
| | В.5.1. | | | х | |
| | В.5.2. | | х | | |
- Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
| Методы и формы активизации деятельности | Виды учебной деятельности | |||
| ЛК | Практическое занятие | СРС | | |
| Дискуссия | х | х | | |
| IT-методы | х | | х | |
| Командная работа | | х | х | |
| Разбор кейсов | | х | | |
| Опережающая СРС | х | х | х | |
| Индивидуальное обучение | | | х | |
| Проблемное обучение | | х | х | |
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при выполнении проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
- работе магистрантов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме магистерской диссертации,
- выполнении домашних заданий,
- переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков,
- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- подготовке к экзамену.
Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
- структурный и размерный факторы в физико-химии малых частиц
- фононный спектр и термодинамические свойства. Тепловые эффекты
- структурно-энергетическое состояние наночастиц, нанопорошков
- методы определения спекаемости, слипаемости, пресуемости
- методы определения среднего размера наночастиц: магнитный, седи-ментационный, газовоадсорбционный, фотонно-корреляционный
- редставления о природе и механизмах упругого рассеяния гамма-квантов на периодических кристаллических структурах
- виды сканирующей электронной микроскопии. Элипсометрия
- оже- и ренгеновская спектроскопия
- исследование углеродных материалов методами сканирующей микроскопии
- дифференциальный и рентгенофазовый анализ
- калориметрия
- рН- метрия, электрофорез, амперометия
- сенсоры и биосенсоры для распознавания биологических веществ
- биочипы, биокластеры
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала магистрантов и заключается в:
- поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований,
- анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов,
- выполнении расчетно-графических работ,
- исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах,
Примерный перечень научных проблем и направлений научных исследований:
1.Определение параметров активности нанопорошков металлов, полученных методом эоектического взрыва проводнтка
2.Определение структурных характеристик нанопорошков вольфрама, полученных методом электрического взрыва проводника
3.Получение электрохимического сенсора, содержащего наночастицы металлов
4.Получение и исследование наноразмерных и наноструктурных материалов и изделий из них.
5.Развитие перспективных технологий модификации поверхности материалов с использованием различных видов обработки (пучковых, плазменных, электрохимических и др.).
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости магистрантов осуществляется по результатам:
- взаимного рецензирования магистрантами работ друг друга,
- анализа подготовленных магистрантами рефератов,
- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, во время экзамена в десятом семестре (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).
7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1.Теоретический вопрос.
2.Проблемный вопрос или расчетная задача.
3.Творческое проблемно-ориентированное задание.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1. Методы определения седиментационной (седиментация), агрегативной (электрофорез).
2. Перечислите методы определения размера наночастиц. Сравните 2 любых из перечисленных методов.
3. Основные принципы термического анализа и термогравиметрии. Приборы для проведения ДТА. Применение ДТА.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Основная литература:
1. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов – М.: Ком Книга, 2006. – 592 с.: ил (Синергетика от прошлого к будущему).
2. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные наноматериалы. – М.: Академия 2005. – 179 с.
3. Ильин А.П., Коршунов А.В., Перевезенцева Д.О., Толбанова Л.О. Диагностика нанопорошков и наноматериалов. Уч. Пособие, ТПУ, 2008, 252 с.
Нанотехнология для всех – большое в малом. Рыбалкина М. www. Nanonewsnet.ru.
Дополнительная литература
1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии – М.:Физматлит, 2005. – 411 с.
2. Евтюгин Г.А., Будников Г.К. и др. Основы биосенсорики. Учебное пособие, Казань, Казанский государственный университет, 2007, 80 с.
3. Будников Г.К., Майстренко В.Н., муринов Ю.И. Вольтамперометрия с модифицированными и ультрамикроэлектродами. М.:Наука, 1994. – 239 с.
4. Буланов В.Я. и др. Диагностика металлических порошков. М.: Наука, 1083
5. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгеногрфический т электронно-оптический анализ. М.: МИСИС, 2002. – 360 с.
Автор: Перевезенцева Д.О.
Программа одобрена на заседании кафедры ФВТМ ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 2010 г.).
стр. из Разработчик Перевезенцева Д.О.