Рабочая программа учебной дисциплины физико-химические методы получения и исследования дисперсных сред и наноматериалов цикл
| Вид материала | Рабочая программа |
- Аннотация к учебной дисциплине, 52.33kb.
- Программа учебной дисциплины "Аналитическая химия и физико-химические методы анализа", 239.87kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа», 326.88kb.
- Рабочая программа дисциплины «физико-химические методы в экологии» Код дисциплины, 213.86kb.
- Математический и естественнонаучный,, 43.71kb.
- Рабочая программа по дисциплине ен. Ф. 07 «Аналитическая химия и физико-химические, 223.14kb.
- Программа дисциплины «Неорганическая химия», 23.21kb.
- Рабочая программа по дисциплине ен. Р. 02 Физико-химические методы исследования поверхности, 160.83kb.
- Контрольная работа По дисциплине физико-химические свойства и методы контроля качества, 77.41kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 149.05kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ (ИПЭЭФ)
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 141100 Теплоэнергетика и теплотехника
Магистерская программа: Автономные энергетические системы. Водородная и электрохимическая энергетика.
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД И НАНОМАТЕРИАЛОВ»
| Цикл: | профессиональный | |
| Часть цикла: | вариативная | |
| № дисциплины по учебному плану: | М.2.10.1 | |
| Часов (всего) по учебному плану: | 216 | |
| Трудоемкость в зачетных единицах: | 6 | 1 семестр |
| Лекции | 36 час | 1 семестр |
| Практические занятия | 0 час | |
| Лабораторные работы | 18 час | 1 семестр |
| Расчетные задания, рефераты | 0 час самостоят. работы | |
| Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 162 час | |
| Экзамены | | 1 семестр |
| Курсовые проекты (работы) | Нет | |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение классических и современных методы физико-химических методов получения и исследования дисперсных сред и наноматериалов применительно к технологиям водородной и электрохимической энергетики.
Магистр в соответствии целями основной образовательной программы и задачами профессиональной деятельности, указанными в ФГОС ВПО по направлению 140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника» должен обладать следующими компетенциями:
а) общекультурными (ОК):
- способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
- способностью к письменной и устной коммуникации на государственном языке: умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; готовностью к использованию одного из иностранных языков (ОК-2);
- готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
- способностью находить организационно-управленческие решения в нестандартных условиях и в условиях различных мнений и готовность нести за них ответственность (ОК-4);
- способностью и готовностью понимать движущие силы и закономерности исторического процесса, место человека в историческом процессе, политической организации общества, к анализу политических событий и тенденций, к ответственному участию в политической жизни (ОК-5);
- способностью в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, готовностью приобретать новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6);
- готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
- способностью и готовностью осуществлять свою деятельность в различных сферах общественной жизни с учетом принятых в обществе моральных и правовых норм (ОК-8);
- способностью и готовностью к соблюдению прав и обязанностей гражданина; к свободному и ответственному поведению (ОК-9);
- способностью научно анализировать социально значимые проблемы и процессы, готовностью использовать на практике методы гуманитарных, социальных и экономических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-10);
- способностью и готовностью применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, готов использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК-11);
- способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12);
- способностью и готовностью понимать роль искусства, стремиться к эстетическому развитию и самосовершенствованию, уважительно и бережно относиться к историческому наследию и культурным традициям, толерантно воспринимать социальные и культурные различия, понимать многообразие культур и цивилизаций в их взаимодействии (ОК-13);
- способностью и готовностью понимать и анализировать экономические проблемы и общественные процессы, быть активным субъектом экономической деятельности (ОК-14);
- способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, с том числе защиты государственной тайны (ОК-15);
- способностью самостоятельно, методически правильно использовать методы физического воспитания и укрепления здоровья, готовностью к достижению должного уровня физической подготовленности для обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности (ОК-16);
Задачами дисциплины являются:
- познакомить обучающихся с классическими и новыми физико-химических методами получения и синтеза дисперсных сред и наноматериалов применительно к технологиям водородной и электрохимической энергетики;
- познакомить обучающихся с классическими и новыми методами физико-химических исследований и анализа применительно к технологиям водородной и электрохимической энергетики;
- дать практические навыки работы на современном приборном и аналитическом оборудовании для решения задач исследования параметров и характеристик элементов водородной и электрохимической энергетики;
- научить принимать решения и обосновывать выбор физико-химических методов получения и синтеза дисперсных сред и наноматериалов, а также выбор конкретных методов для их исследования применительно к технологиям водородной и электрохимической энергетики;
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Автономные энергетические системы» направления 141100 «Теплоэнергетика и теплотехника»
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Теоретическая электрохимия", "Физическая химия", «Водородная энергетика», «Теоретические основы химических источников тока».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин «Водородная энергетика», «Теоретические основы химических источников тока», «Энергосберегающая альтернативная энергетика», «Энергосбережение в электрохимических технологиях»,
а также программы магистерской подготовки «Водородная и электрохимическая энергетика».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- классические и современные методы физико-химических исследований и электрохимического анализа (ОК-7, ПК-6);
- методы проведения информационного поиска по проблемам электрохимической и водородной энергетики, а также методам и инструментам для исследования их характеристик (ПК-10);
- основные элементы технологий водородной и электрохимической энергетики, их основные характеристики и специальную терминологию;(ПК-10);
- материалы, применяемые в технологиях электрохимической и водородной энергетики, их назначение и характеристики; (ПК-10);
- методы подготовки научного исследования, научной статьи и патента по тематике профиля (ПК-17).
Уметь:
- проводить исследования объектов электрохимических технологий и принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности для решения поставленной задачи (ОК-7);
- осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию по специальности (ПК-6);
- выбирать физико-химические методы и инструменты для исследования элементов водородных и электрохимических технологий (ПК-10);
- анализировать информацию о новых физико-химических методах и инструментах для проведения исследования элементов водородных и электрохимических технологий (ПК-17).
Владеть:
- навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);
- терминологией в области электрохимической и водородной энергетики (ОК-2);
- терминологией в области физико-химических методов исследования элементов водородных и электрохимических технологий
- навыками поиска информации по тематике профиля (ПК-6);
- информацией о технических параметрах оборудования применительно к технологиям электрохимической и водородной энергетики (ПК-17 );
- навыками применения полученной информации при проектировании и исследовании элементов технологий водородной и электрохимической энергетики (ПК-6).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единицы, 216 часов.
| 144№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
| лк | пр | лаб | сам. | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Вводная лекция. | 2 | 1 | 2 | - | - | | |
| 2 | Дисперсные элементы и наноматериалы в электрохимических устройствах | 16 | 1 | 4 | - | - | 12 | Тест на знание терминологии |
| 3 | Классификация дисперсных систем | 14 | 1 | 2 | | | 12 | |
| 4 | Классификация физико-химических методов получения дисперсных материалов и систем | 14 | 1 | 2 | - | - | 12 | Тест: основные параметры и пределы их изменения |
| 5 | Порошки: классификация, свойства, применение | 14 | 1 | 2 | | | 12 | |
| 6 | Нанотехнологии и наноматериалы в электрохимических устройствах | 17 | 1 | 5 | | | 12 | |
| 7 | Физико-химические методы исследований дисперсных элементов и наноматериалов в электрохимических устройствах. Микроскопия | 20 | 1 | 4 | - | 4 | 12 | Защита лабораторной работы Тест: классификация методов микроскопии |
| 8 | Физико-химические методы исследования состава дисперсных элементов и наноматериалов. Спектральные методы. | 19 | 1 | 3 | - | 4 | 12 | Тест: классификация методов спектроскопии |
| 9 | Физико-химические методы исследования структуры дисперсных элементов и наноматериалов. Методы порометрии. Метод БЭТ. Экспресс методы. | 27 | 1 | 7 | - | 8 | 12 | Защита лабораторной работы Тест: классификация методов |
| 10 | Методы очистки дисперсных систем | 15 | 1 | 3 | | | 12 | |
| 11 | Методы работы с информационными ресурсами и подго-товки научных работ | 14 | 1 | 2 | | | 12 | |
| | Зачет | 8 | 1 | -- | -- | 2 | 6 | Зачет |
| | Экзамен (рекомендуется до 1 з.е.) | 36 | 1 | -- | -- | -- | 36 | Устный/письменный |
| | Итого (9 семестр): | 216 | 1 | 36 | 0 | 18 | 162 | |
| | Итого (по дисциплине): | 216 | 1 | 36 | 0 | 18 | 162 | |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
1. Вводная лекция.
Место электрохимической и водородной энергетики в структуре энергетики. Перспективы и проблемы. Основные элементы электрохимической энергетики: назначение и устройство.
2. Дисперсные элементы и наноматериалы в электрохимических устройствах Диафрагмы, мембраны, сепараторы, газодиффузионные электроды, каталитические слои и носители, бипористые и гидрофобизированные электроды. Их функциональное назначение, характеристики и методы получения и исследования.
3. Классификация дисперсных систем
Классификация по агрегатному состоянию фаз. Микрогетерогенные системы. Суспензии.
Эмульсии. Пены. добавить
4. Классификация физико-химических методов получения дисперсных материалов и систем.
Диспергационные методы. Мельницы: шаровые, вибрацион-ные, коллоидные. Ультразвуковое диспергирование. Метод Бредига. Способ Сведберга. Эффект Ребиндера.
Конденсационные методы. Восстановление. Окисление. Гидролиз. Реакции обмена. Теория Веймарна. Метод Реннея. Скелетные катализаторы. Методы распыления: воздушное, вакуумное. Плазматроны, магнетроны.
5. Порошки
Классификация порошков и общая характеристика. Методы получения и рассева. Свойства порошков Устойчивость порошков. Прессование и прокатка порошков. Практическое применение порошков и электродов на их основе
6. Нанотехнологии и наноматериалы в электрохимических устройствах Определения и терминология. Наночастицы. Проблема образования агломератов Наноматериалы. ссылка скрыта, нановолокна, фуллерены, гссылка скрыта, нанокристаллы. Методы получения наноматериалов. Электроспининг. Применение нанотехнологий при создании электрохимических устройств.
7.Физико-химические методы исследования дисперсных элементов и наноматериалов в
электрохимических устройствах. Микроскопия
Основные вид микроскопии и диапазоны применимости. Оптическая микроскопия. Электронная микроскопия. Растровая электронная микроскопия. Сканирующая микроскопия. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия. Электрохимическая туннельная микроскопия и спектроскопия.
8. Физико-химические методы исследования состава дисперсных элементов и наноматериалов. Спектральные методы.
Атомно-адсорбционная спектрометрия. Люминесцентный метод анализа. Оптические методы. Термогравитометрия. Энергодисперсный микроанализ. Распределение элементов.
9. Физико-химические методы исследования структуры дисперсных элементов и наноматериалов.
Основные характеристики пористых материалов и методы их исследования. Методы порометрии. Классификация и диапазон. Метод ртутной порометрии. Метод эталонной контактной порометрии. Методы низкотемпературной адсорбции (метод БЭТ). Метод капиллярной конденсации. Метод электронной микроскопии. Экспресс методы определения характеристик пористых электродов.
10. Методы очистки дисперсных систем
Диализ. Ультрафильтрация. Микрофильтрация. Электродиализ. Комбинированные методы очистки. Методы получения фильтрующих элементов. Использование дисперсных материалов для очистки водных и газовых технологических сред
11. Методы работы с информационными ресурсами и подготовки научных работ
Методы и объекты информационного поиска Информационные ресурсы научно-технических и патентных источников. Научная статья: структура, методы подготовки и реализации. Патент: структура, международная классификация, патентный поиск, методы подготовки и реализации.
Научный доклад: структура, методы подготовки и реализации
4.2.2. Практические занятия
Освоение методов информационного поиска в базах данных научно-технических и патентных источников. Обсуждение методов подготовки научной статьи и патента.
Подбор материалов основан на изучении базы данных зарубежных научных журналов с использованием портала ссылка скрыта . Подбор образца для исследования элемента электрохимического устройства (катализатор, электрод, диафрагма и.т.п.), для выполнения исследований с использованием аналитического и лабораторного оборудовании Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии».
4.3. Лабораторные работы
№1 Определение активной поверхности электродов-катализаторов электрохимическими методами
№2 Исследование структурных характеристик образцов методом растровой электронной микроскопии
№3 Измерение удельной поверхности дисперсных сред и их структурных характеристик методом низкотемпературной адсорбции азота (метод БЭТ)
№4 Исследование структурных характеристик пористых электродов методом эталонной контактной порометрии.
№5 Экспрессные методы определения характеристик пористых электродов.
4.4. Расчетные задания
Расчетные задания учебным планом не предусмотрены
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовые проекты и курсовые работы планом не предусмотрены
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество материалов, иллюстрирующих основные положения лекционного курса и изучаемых методов физико-химических исследований. Лекция сопровождается демонстрацией реальных образцов аналитического, исследовательского и тестового оборудования, входящего в приборный парк Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии»
Практические занятия сопровождаются демонстрацией реальных образцов аналитического, исследовательского и тестового оборудования, входящего в приборный парк Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии»
Курсовая работа не предусмотрена
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и лабораторным работам, также подготовку к зачету и экзамену. Самостоятельная работа студента включает проведение по заданию преподавателя самостоятельного информационного поиска в среде ведущих научных журналов, интернет ресурсов центров коллективного пользования научным и аналитическим оборудованием, интернет ресурсов нанотехнологиям и наноматериалам. Студент должен представить результаты исследования образца элемента электрохимического устройства (катализатор, электрод, диафрагма и.т.п.), полученные с использованием аналитического и лабораторного оборудовании Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии». Тема курсовой работы определяется преподавателем индивидуально для каждого студента на практических занятиях исходя из проведенного ими информационного поиска. Подбор материалов для выполнения курсовой работы основан на изучении базы данных зарубежных научных журналов с использованием портала ссылка скрыта. По специальности «Водородная и электрохимическая энергетика» можно рекомендовать следующие научные журналы на английском языке и интернет порталы :
International Journal of Hydrogen Energy
Journal of Power Sources
Electrochimica Acta
ссылка скрыта
ссылка скрыта
базы данных зарубежных научных журналов с использованием портала ссылка скрыта. Сайт Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии» ссылка скрыта Сайт Международного Симпозиума «Водородная и электрохимические технологии» >symposium.ru/
При работе с информационными ресурсами студент знакомится с терминологией и основными выражениями на английском языке, приобретает навык работы со специализированными зарубежными научными журналами и интернет-ресурсами по тематике курса.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются тесты, контрольные вопросы для защиты лабораторных работ, устное обсуждение и выбор темы курсовой работы
Аттестация по дисциплине – зачет или экзамен.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как:
0,3 (среднеарифметическая оценка за защиту лабораторных работ) + 0,3 (оценка за самостоятельную работу с информационными ресурсами) + 0,4 (оценка на экзамене)
В приложение к диплому вносится последняя оценка за 9 семестр
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
- Физико-химические методы исследований в технологиях водородной энергетики. Курс лекций: учебное пособие. Издательский дом МЭИ, 2008 - 207 с.
- Нефедкин С.И. Лабораторный практикум по курсу Физико-химические методы исследования (часть 1). М.: Издательский дом МЭИ, 2008 - 79 с.
- Нефедкин С.И. Физико-химические методы исследований в технологиях водородной энергетики. Лабораторный практикум (Лабораторные работы № 7-11) /М:, Издательский дом МЭИ, 2010- 60 с.
- Практикум по электрохимии (под редакцией Дамаскина Б.Б.). М.:1991.С.243-255. -
б) дополнительная литература:
- Коровин Н.В.Топливные элементы и электрохимические энергоустановки, МЭИ, 2005;
- Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г., Введение в водородную энергетику, М., Энергоатомиздат, 1984;
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
базы данных зарубежных научных журналов с использованием портала ссылка скрыта. Сайт Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии» ссылка скрыта Сайт Международного Симпозиума «Водородная и электрохимические технологии» >symposium.ru/
б) другие:
демонстрационные ролики: «Топливный элемент», «Водородный автомобиль»
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для лекций и презентаций :
Проектор NEC NP50, Ноутбук Samsung Q40, экран проекционный на треноге Consul)
Для проведения лабораторных работ используется приборный парк Центра коллективного пользования «Водородная и электрохимические технологии»:
- Стенд Instructor Complete для обучения и тренинга водородным технологиям.
- Поромер «Porotech»
- Растровый электронный микроскоп JSM-6390LA (Jeol, Япония)
- Электронный сканирующий микроскоп TM-1000 tabletop SEM Hitachi(Япония)
- Спектрометр лазерный эмиссионный типа СПЕКС ЛАЭС МАТРИКС
- Электрохимическое оборудование «Solartron» 1287 и 1285
- Спектрофотометр DR/2500 с датчиком рН и набором реактивов,
- Термоблок DRB 200, Ручной цифровой титратор,
- Высокоскоростной анализатор площади поверхности и размеров пор Nova 1100
- Сушильный шкаф SNOL 58/350 (A421-104-351*1001)
- Водяная баня TW-2.03, Elmi
- Весы лабораторные GF200(210х0,001 г).
- Портативный кондуктометр Cond 330i
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профилю подготовки «Автономные энергетические системы».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
д.т.н., профессор Нефедкин С..И.
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой
д.т.н., профессор Кулешов Н.В.