Программа дисциплины «Перспективные неорганические материалы» од. А. 05. 2; цикл од. А. 00 «Дисциплины по выбору аспиранта»
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Рабочая программа дисциплины «Дискретные динамические системы», 110.59kb.
- Основная образовательная программа подготовки аспиранта по специальности 05. 26., 312.16kb.
- Основная образовательная программа подготовки аспиранта по отрасли физико-математические, 165.5kb.
- Памятка для студентов группы пкм-21 по изучению дисциплины "Металлы и неметаллические, 97.41kb.
- Рабочая программа дисциплины «Системный анализ» од. А. 07; цикл од. А. 00 «Дисциплины, 125.22kb.
- Рабочая программа дисциплины «Динамические системы» од. А. 08; цикл од. А. 00 «Дисциплины, 126.64kb.
- Рабочая программа дисциплины «Нелинейные колебания» од. А. 07; цикл од. А. 00 «Дисциплины, 149.03kb.
- Рабочая программа дисциплины «Квалификация преступлений» од. А. 06, цикл «Дисциплины, 191kb.
- Рабочая программа дисциплины «Линейные управляемые системы» од. А. 09; цикл од., 133.01kb.
- Рабочая программа дисциплины «Основные концепции политических изменений современности», 121.29kb.
Министерство образования и науки РФ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Самарский государственный университет»
Химический факультет
-
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе
________________ А.Ф.Крутов
«____»_______________ 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Перспективные неорганические материалы»
(ОД.А.05.2; цикл ОД.А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта»
основной образовательной программы подготовки аспиранта
по отрасли 02.00.00. – Химические науки,
специальность 02.00.04 – Физическая химия)
Самара 2011
Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 02.00.04- Физическая химия, в соответствии с Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 02.00.04- Физическая химия по химическим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 274 от 08.10.2007 г., и учебным планом СамГУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.
Составитель рабочей программы: Сережкин В.Н., проф., д.х.н.
Рабочая программа утверждена на заседании ученого совета химического факультета
протокол № 1 от 08.09.2011 г.
Декан химического факультета
«___»____________2011г. _________________ С.В.Курбатова
(подпись)
1. Цели и задач дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к уровню освоения содержания дисциплины
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины – изучение теоретических основ химии перспективных неорганических веществ и материалов, способов их получения и применения.
Задачи дисциплины:
- раскрыть роль кристаллохимии в описании физических и химических свойств различных твердых материалов;
- рассмотреть принципы протекания твердофазных реакций и способов получения различных твердых материалов и покрытий;
- дать основные представления о физических свойствах различных твердых материалов, особенностях их химической природы, структуры и применении.
1.2. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины
Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
Иметь представление:
- о классификации неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и области применения;
- о принципах получения современных неорганических материалов и твердых покрытий;
- о способах управления физическими свойствами твердых неорганических материалов с помощью физико-химических и структурных факторов.
Знать:
- базовую терминологию, относящуюся к кристаллохимии и химии твердого тела;
- понимать логику взаимосвязи "структура твердого тела - свойство";
- понимать роль кристаллохимического строения твердого тела в проявлении различных физических свойств.
Уметь:
- продемонстрировать связь химического состава и структуры твердых материалов с их физическими свойствами;
- моделировать структуры данных кристаллов с помощью баз кристаллоструктурных данных;
- выбрать оптимальные препаративные методы для получения твердых материалов заданного состава и структуры.
1.3.Связь с предшествующими дисциплинами
Курс предполагает наличие у аспирантов знание неорганической химии, физической химии, коллоидной химии, физики (раздел «Физика твердого тела»), а также должен иметь представление о строении вещества, кристаллохимии физических и химических свойств твердых тел, влияние дисперсности на свойства материалов.
1.4.Связь с последующими дисциплинами
Понятия, законы и методы, введенные в курсе "Перспективные неорганические материалы" необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 02.00.01 – неорганическая химия и последующей профессиональной деятельности.
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)
Форма обучения (вид отчетности)
2 год аспирантуры; вид отчетности – зачет.
| Вид учебной работы | Объем часов / зачетных единиц |
| Трудоемкость изучения дисциплины | 108 / 3 |
| Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 4 |
| в том числе: | |
| лекции | 2 |
| семинары | 0 |
| практические занятия | 2 |
| Самостоятельная работа аспиранта (всего) | 104 |
| в том числе: | |
| Подготовка к практическим занятиям | 0 |
| Подготовка реферата | 0 |
| Подготовка эссе | 0 |
| Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку | 104 |
2.2. Разделы дисциплин и виды занятий
| № п/п | Название раздела дисциплины | Объем часов / зачетных единиц | |||
| лекции | семинары | практические занятия | самостоят. работа | ||
| 1 | Раздел 1. Введение. | 2 | 0 | 0 | 10 |
| 2 | Раздел 2. Препаративные методы химии твердого тела. | 0 | 0 | 0 | 12 |
| 3 | Раздел 3. Ионная проводимость в твердых телах. | 0 | 0 | 0 | 12 |
| 4 | Раздел 4. Высокотемпературные сверхпроводники. | 0 | 0 | 0 | 10 |
| 5 | Раздел 5. Сегнето-, пиро- и пьезоэлектрики. | 0 | 0 | 0 | 12 |
| 6 | Раздел 6. Магнитные свойства твердых тел. | 0 | 0 | 0 | 12 |
| 7 | Раздел 7. Люминесценция и лазеры. | 0 | 0 | 0 | 12 |
| 8 | Раздел 8. Стеклообразные материалы, керамика и композиты. | 0 | 0 | 0 | 12 |
| 9 | Раздел 9. Кристаллохимический дизайн. | 0 | 0 | 2 | 12 |
| | Итого: | 2 | | 2 | 104 |
2.3. Лекционный курс.
Раздел 1. Введение. Классификация неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Иерархия структуры материалов: молекулярная, кристаллическая и доменная структура, текстура, природа и структура важнейших дефектов. Экономические, технологические и экологические аспекты производства, эксплуатации и регенерации материалов.
2.4. Практические (семинарские) занятия.
| № п/п | Номер раздела | Количество часов | Тема практического занятия |
| 1. | 9 | 2 | Кристаллохимический дизайн |
3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний
3.1. Контрольные работы - не предусмотрены
3.2. Комплекты тестовых заданий - не предусмотрены
3.3. Самостоятельная работа
Темы, вынесенные на самостоятельное изучение аспирантов:
Раздел 1. Введение. Классификация неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Иерархия структуры материалов: молекулярная, кристаллическая и доменная структура, текстура, природа и структура важнейших дефектов. Экономические, технологические и экологические аспекты производства, эксплуатации и регенерации материалов.
Раздел 2. Препаративные методы химии твердого тела. Твердофазные реакции и факторы, влияющие на их протекание. Топотаксические и эпитаксиальные реакции. Экспериментальное обеспечение твердофазных реакций. Способы приготовления реакционных смесей. Препаративные методы. Транспортные реакции. Реакции внедрения и ионного обмена. Электрохимическое восстановление и нанесение покрытий. Анодное и термическое оксидирование. Катодное распыление. Испарение в вакууме. Выращивание монокристаллов. Гидротермальные методы. "Сухие" методы высокого давления. Основные представления о механизмах роста пленок и покрытий. Эпитаксия, ее применение в технологии полупроводниковых гетероструктур. Поликристаллические покрытия. Химическое осаждение пленок и покрытий из пара. Принципы CVD технологии. Использование золь-гель процесса при получении пленок. Технология Ленгмюра–Блоджетт. Важнейшие физические методы получения пленок и покрытий. Наноматериалы, особенность их свойств по сравнению с объемным состоянием вещества, реальные и потенциальные области использования. Современные физико-химические процессы получения наноматериалов и ультрадисперсных материалов.
Раздел 3. Ионная проводимость в твердых телах. Ионная проводимость и твердые электролиты. Типичные твердые электролиты и механизм проводимости. Галогенид- и кислородсодержащие ионные проводники. -Al2O3, AgI и их производные. Кристаллохимические критерии возникновения суперионного состояния твердых тел. Важнейшие области применения твердых электролитов.
Раздел 4. Высокотемпературные сверхпроводники. Сверхпроводники, области их применения. Особенности кристаллохимии высокотемпературных сверхпроводников. Критические параметры ВТСП, основные требования к ним. Методы изменения характеристик ВТСП-материалов.
Раздел 5. Сегнето-, пиро- и пьезоэлектрики. Важнейшие классы диэлектриков, их основные характеристики. Сегнетоэлектрики, сегнетиэлектрики, особенности их структуры. Использование сегнетоэлектрических материалов для хранения информации. Пироэлектрики и пьезоэлектрики.
Раздел 6. Магнитные свойства твердых тел. Классификация магнитных свойств твердых тел. Диамагнетики и парамагнетики. Ферро-, ферри- и антиферромагнетики. Основные классы магнитных материалов, области их применения. Особенности структуры оксидов переходных металлов, шпинелей, гранатов, ильменитов и перовскитов.
Раздел 7. Люминесценция и лазеры. Виды люминесценции. Основные составляющие структуры люминофора. Типичные люминофоры, особенности их структуры. Ионы-активаторы. Твердотельные лазеры и материалы для лазеров.
Раздел 8. Стеклообразные материалы, керамика и композиты. Кинетика и термодинамика процессов кристаллизации и стеклования. Реальная структура оксидных, фторидных, силикатных, боратных, фосфатных и халькогенидных стекол. Концентрационное расслоение стекол. Физико-химические принципы упрочнения стекол. Химические основы технологии высокочистых стекол для оптоволокна. Стеклокерамика, свойства и области применения. Структура керамики. Керамические композиты. Ситаллы. Металлические стекла. Свойства материалов на основе металлических стекол. Фото- и термохромные стекла. Использование стекол в технологии захоронения ядерных отходов.
Раздел 9. Кристаллохимический дизайн. Основные факторы, определяющие структуру кристаллов неорганических соединений. Нестехиометрические оксиды. Структуры кристаллографического сдвига. Влияние нестехиометрии на состав, оптические, электрические и магнитные свойства веществ. Условия образования, полиморфизм и политипия соединений, относящихся к структурным типам перовскита, ильменита, шпинели. Изо- и гетеровалентные замещения. Влияние термодинамических условий на структуру кристаллов. Дислокации, механические свойства и реакционная способность твердых тел.
Базы кристаллоструктурных данных. Основные геометрические модели структуры кристаллов. Современные методы кристаллохимического анализа. Атомные и молекулярные полиэдры Вороного-Дирихле. Использование параметров полиэдров Вороного-Дирихле для выявления фазовых переходов второго рода, потенциальных твердых электролитов, прекурсоров для CVD технологии и корреляций состав – структура – свойства неорганических веществ.
3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и др.)
- Мультимедийный учебник «Основы радиохимии и кристаллохимии соединений актинидов». Самара.:СамГУ, 2011.
- Комплект сборника задач и упражнений в разработке.
3.3.2. Итоговый контроль Проводится в виде собеседования по всем изучавшимся разделам курса.
4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
- Мультимедийный учебник «Основы радиохимии и кристаллохимии соединений актинидов». Самара.:СамГУ, 2011.
- Компьютерые классы, оснащены ПЭВМ;
- База кристаллоструктурных данных Сamridge Structural database system. Crystallographic Data Centre 2007.
- Комплекс структурно – топологических программ TOPOS
5. Активные методы обучения
- www.springerlink.com - электронные ресурсы издательства Springer
- www.sciencedirect.com - электронные ресурсы издательства Elsevier
6. Материальное обеспечение дисциплины
- Электронный микроскоп ЭВМ-100 Б, металлографический микроскоп МОМ – 814
- Микротвердометры БПМТ-3 и Hauzer.
- Энергодисперсионный анализатор БРА-18
7. Литература
7.1. Основная (одновременно изучают дисциплину не более 5 человек).
- Кнотько А.В., Пресняков И.А., Третьяков Ю.Д. Химия твердого тела. М.: Издательский цент "Академия", 2006.
- Третьяков Ю.Д., Путляев В.И. Введение в химию твердофазных материалов. М.: Изд-во Моск. ун-та : Наука, 2006.
- Корольков Д.В., Скоробогатов Г.А. Теоретическая химия. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004.
7.2. Дополнительная
- Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела, М.: Металлургия, 1995. Т. 1, 2.
- Вест А. Химия твердого тела. В 2-х т. М.:Мир, 1988.
- International Tables for Crystallography. Volume A. Kluwer Academic Publishers. 2002.
- Сыркин В.Г. CVD-метод. М.: Наука, 2000.
- Гусев А.И. Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле. М.: Физматлит, 2007.
- Артамонов В.А., Словохотов Ю.Л. Группы и их приложения в физике, химии, кристаллографии. М.: Издательский цент "Академия", 2005.
- Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 1. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000.
- А.Уэллс. Структурная неорганическая химия, М.: Мир, 1987. Т.1-3.
7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
- Сережкин В.Н., Д.В. Пушкин, Л.Б. Сережкина. Точечные группы симметрии. Самара.:СамГУ, 2007. 50 с.
- Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. Методы компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Часть I. Система управления кристаллоструктурными базами данных. Самара:Изд-во СамГУ, 2001.
- Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. Методы компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Часть II. Прикладные программы. Самара:Изд-во СамГУ, 2001.
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
за___________/___________учебный год
В рабочую программу курса ОД.А.05 «Перспективные неорганические материалы», цикл ОД.А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Химические науки, 02.00.04- Физическая химия, вносятся следующие дополнения и изменения: