М1.В.ДВ.3. Нанохимия и нанотехнология (новое окно)

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 1
из 10
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
Нанохимия и нанотехнология
020100.68- Химия
Химия элементоорганических соединений
Форма подготовки -очная
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра общей , неорганической и
элементоорганической химии
курс __1_____ семестр ____2____
лекции _48__ (час.)
практические занятия_______час.
семинарские занятия________час.
лабораторные работы_______час.
консультации
всего часов аудиторной нагрузки___48_____ (час.)
самостоятельная работа ___96______ (час.)
контрольные работы (количество)
зачет __________ семестр
экзамен____2______семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования, (Приказ министерства образования и
науки РФ №547 от 20.05.2010).
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ,протокол №1 от «10» сентября 2012г.
Заведующий кафедрой: Н.П. Шапкин.
Составитель: В.В.Баженов.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(Н.П. Шапкин)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(Н.П. Шапкин)
Лист 2
из 10
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 3
из 10
АННОТАЦИЯ
Рабочая программа дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
разработана для студентов 1 курса по направлению 020100.68 «Химия» в
соответствии с требованиями ФГОС ВПО по данному направлению и
положением
об
образовательных
учебно-методических
программ
высшего
комплексах
дисциплин
профессионального
образования
(утверждено приказом и.о. ректора ДВФУ от 17.04.2012 № 12-13-87).
Дисциплина «Нанохимия и нанотехнология»
М.1.В.ДВ.3
входит в
в блок
«Дисциплины по выбору студентов» общенаучного цикла .
Дисциплина «Нанохимия и нанотехнология» логически и содержательно
связана с такими курсами, как органическая, физическая химии, а также
специальной
дисциплиной в области элементоорганической химии:
кремнийорганические соединения.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 4 зачетных единиц,
144 часов. Учебным планом предусмотрены лекционные занятия -48 часов (
32 часа из них – в активной форме), самостоятельная работа студентов- 96
часов ( из них 18 часов- на экзамен). Дисциплина реализуется на 1 курсе во 2
семестре.
Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины являются:
- приобретение знаний об основных законах и методах нанохимии и
нанотехнологии
Задачи:
1.
Приобретение
знаний
о
наиболее
актуальных
направлениях
исследований в современной теоретической и экспериментальной химии;
2. Приобретение знаний о синтезе, методах исследования и применении
веществ в наноструктурных технологиях.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 4
из 10
Знания, полученные при изучении данной дисциплины, способствуют
формированию ряда профессиональных компетенций, используются при
выполнении научно-исследовательской работы.
Обучающийся должен приобрести следующие практические навыки, умения,
общекультурные (ОК) и профессиональные компетенции (ПК):
пониманием принципов работы и умением работать на современной
научной аппаратуре при проведении научных исследований (ОК-6).
наличием
представления
о
наиболее
актуальных
направлениях
исследований в современной теоретической и экспериментальной химии
(синтез
и
применение
веществ
в
наноструктурных
технологиях,
исследования в экстремальных условиях, химия жизненных процессов,
химия и экология и другие) (ПК-1);
I.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
МОДУЛЬ 1. Нанохимия. Наноразмерные структуры – 22 час.
Раздел 1. Предмет, задачи. Методы исследования (8 часов).
Тема 1. Предмет, задачи (2 часа).
Нанохимия. Предмет, задачи. Общая характеристика проблемы и
некоторые определения. Получение и стабилизация наночастиц. химическое
восстановление. Реакции в мицеллах, эмульсиях и дендримерах. Фото- и
радиационно-химическое
восстановление.
криохимический
синтез.
физические методы синтеза
Тема 2. Методы исследования (2 час.)
Методы исследования. Электронная микроскопия. Просвечивающая
электронная микроскопия. Зондовая микроскопия. Дифракционные методы:
рентгенография.
Дифракция
нейтронов.
Другие
методы.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Рентгенофлюоресцентная
спектроскопия.
Лист 5
из 10
Масс-спектрометрия.
Фотоэлектронная спектроскопия.
Тема 3. Классификация наноразмерных структур (4 час.)
Введение.
Особенности наноразмерных структур. Классификация по
размерам частиц. Классификация наноразмерных структур по симметрии.
Классификация по топологии и нанобазису.
Классификация по способу
получения. Наночастицы и кластеры. Классификация по структурным
признакам.
Раздел 2. Классификация методов синтеза наноматериалов – 14 час.
Тема 1. Методы синтеза наночастиц (4 час.)
Классификация методов. Физические методы синтеза: газофазный
синтез, механосинтез, детонационный синтез и экектровзрыв. Химические
методы синтеза: золь-гель метод, гидротермальный и сольвотермальный
синтез, коллоидные нанореакторы. Мицеллы. Типы мицеллярных систем.
Синтез в обращенных мицеллах. Синтез в микроэмульсиях. Миниэмульсии.
Синтез в полимеризованных мицеллярных структурах. Блок-сополимеры.
Синтез наноструктур в пленках Ленгмюра-Блоджетт.
Тема 2. Методы золь-гель химии для создания наноструктур (2 час.)
Синтез наночастиц в коллоидных растворах. Стабилизация коллоидных
наноструктур.
Основные
типы
стабилизаторов.
Гидротермальный
и
сольвотермальный методы синтеза наноструктур. Синтез наночастиц в
нанореакторах. Синтез наночастиц в обращенных мицеллах (органический
синтез).
Тема 3. Получение углеродных наноматериалов, фуллеренов,
нанотрубок (4 час.)
Наноалмазы. Маленькие частицы углерода и кремния. Фуллерены и их
производные. Нанотрубки, их классификация и свойства. Заполнение
внутренних полостей. Прививка функциональных групп. Трубки как
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 6
из 10
матрицы. Внедрение атомов и молекул в многослойные трубки. Общие
свойства наноформ углерода.
Тема
4.
Механохимический
синтез
элементоорганических
соединений (4 час.)
Особенности механохимического синтеза. Условия механохимической
активации. Время синтеза, соотношение исходных веществ, масса насадки и
полезной загрузки, тип активатора.
МОДУЛЬ 2. Методы синтеза наноматериалов – 12 час.
Раздел 1. Получение нанокомпозитных материалов (6 час.)
Тема
1.
Синтезы
с
использованием
физических
методов
гомогенизации исходной смеси (4 час.)
Механохимическая
активация.
Использование
механохимической
активации для синтеза полиэлементоорганосилоксанов.
Тема 2. Свойства веществ в нанокристаллическом состоянии (2
час.)
Оптические
свойства.
Плазмонный
резонанс.
Квантоворазмерный
эффект. Фотонные кристаллы: классификация фотонных кристаллов, методы
получения фотонных кристаллов, области применения фотонных кристаллов.
Раздел 2. Нанокомпозитные материалы и наноэлектроника (6 час.)
Тема 1. Нанокомпозитные материалы и наноэлектроника (4 час.)
Наночастицы в неорганических матрицах. Общие методы получения.
Нанокомпозитный эффект в ионной и электронной проводимости.
Современные транзисторы. Проявление квантовых эффектов. Проблема
плотности энергии и теплоотвода. Дефекты и ошибки. Транзисторы на
основе углеродных нанотрубок. Квантовые компьютеры. Принципы
квантового компьютера (КК). Алгоритмы квантового компьютера.
Материалы для квантового компьютера. Ансамблевые ЯМР-квантовые
компьютеры. Допированные полупроводники. Перспективы развития.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 7
из 10
Тема 2. Функциональные наноматериалы и их применение (2 час.)
Наномеханизмы и наноустройства. Микро- и наноэлектромеханические
системы (МЭМС и НЭМС). Микро- и нанотрибология. Наноэлектроника.
Магнитные носители информации. Материалы для бионанотехнологии.
МОДУЛЬ 3. Нанотехнологии – 14 час.
Тема 1. Области использования. Нанолитография (4 час.)
Общие принципы. Классификация методов литографии. Оптическая
литография. Схема контроля освещенности, проекционная литография.
Маски микро- и нанолитографии. Внеосевая литография. Оптические схемы.
Материалы оптических систем. Материалы резистов. DUV-Литография.
EUV-нанолитография. Электронно-лучевая литография. SCALPEL. Ионнолучевая
литография.
сфокусированным
Безмасочная
пучком
литография:
заряженных
частиц,
воздействие
FIB-литография;
механическое воздействие зондом СЗМ; нанооксидирование. Технология
нанопечати: метод горячего тиснения, использование полимеризации
резиста.
Тема 2. Применение нанотехнологий в медицине (4 час.)
Создание
биосовместимых
поверхностей
контакта,
имплантов
и
искусственных органов. Разработка и анализ лекарственных препаратов.
Доставка лекарственных препаратов и генов внутрь клеток. Использование
нанотехнологий для улучшения стоматологического и хирургического
инструментария.
Тема 3. Наноэнергетика (4 час.)
Наноэнергетика.Традиционны и альтернативные источники энергии.
Тема 4. Топливные элементы (2 час.)
Топливные
элементы
и
устройства
Наноматериалы для хранения водорода.
для
хранения
энергии.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 8
из 10
II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Лабораторные и практические работы не предусмотрены
III.КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЙ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Вопросы к экзамену
1. Предмет, задачи дисциплины. Общая характеристика проблемы.
2. Получение и стабилизация наночастиц. Общая характеристика двух
групп методов.
3. Химическое восстановление как метод синтеза.
4. Реакции в мицеллах, эмульсиях и дендримерах.
5. Фото- и радиационно-химическое восстановление.
6. Криохимический синтез.
7. Физические методы синтеза наночастиц.
8. Электронная микроскопия как метод исследования наночастиц
(просвечивающая, сканирующая, зондовая микроскопия).
9. Дифракционные методы исследования наночастиц (рентгенография,
дифракция нейтронов).
10. Рентгенофлюоресцентная спектроскопия.
11. Масс-спектрометрия.
12. Фотоэлектронная спектроскопия.
13. Методы моделирования наночастиц.
14. Подгруппа углерода, маленькие частицы углерода и кремния.
Фуллерены.
15. Углеродные нанотрубки.
16. Нанокомпозитные материалы. Классификация нанокомпозитов.
17. Нанокомпозитный эффект в ионной и электронной проводимости.
18. Нанолитография: общие принципы, классификация методов.
19. Супрамолекулярная концепция эвтектик.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 9
из 10
20. Применение нанотехнологий в биологии и медицине.
21. Наноэнергетика. Топливные элементы и устройства для хранения
энергии.
IV. ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
Не предусмотрены учебным планом.
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература:
1. Сергеев, Г.Б. Нанохимия / Г.Б.Сергеев. – М. : - Изд-во Моск.ун-та,
2007. – 334с.
2. Фундаментальные
основы
механохимической
активации
механосинтеза и механохимических технологий / под. Ред. Е. Г. Аввакумова.
– Новосибирск. : Изд-во СО РАН, 2009. – 342 с.
3. Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Изд-во МГУ. 2003. 288 с.
4. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера. 2005. 336 с.
5. Гусев А.И. Нанометриалы, наноструктуры, нанотехнологии. М:
ФИЗМТЛИТ. 2005.416 с.
6. Суздалев
И.П.
Физико-химия
нанокластеров,
наноструктур
и
наноматериалов. М.: КомКнига. 2006. 592 с.
б) дополнительная литература:
1. Русанов А.И. Термодинамические основы механохимии. – СПб.:
Наука, 2006.– 221с
2. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. – М.:
Издательский центр «Академеия», 2005. – 192 с.
3. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Nanotechnology News
Network– 2005.– 444 с.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно- методический комплекс дисциплины «Нанохимия и нанотехнология»
Разработчик: Баженов В.В..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
УМКД.19(106)-020100.68-М 1.В.ДВ.3- кафедре общей, неорганической и
2012
элементоорганической химии
Лист 10
из 10
4. Смирнов В.М. Химия наноструктур. Синтез, строение, свойства:
Учебное пособие. СПб: Изд-во СПб ун-та. 1996. 108 с.
в) Интернет-ресурсы:
1.Мищенко
С.В.,
Ткачев
А.Г.
Углеродные
наноматериалы.
Производство, свойства, применение. – М.: Машиностроение, 2008. – 320 с.;
http://window.edu.ru/resource/102/64102/files/mich_tkach-a.pdf
2. Рыжонков Д. И. Наноматериалы : учебное пособие / Д. И. Рыжонков,
В. В. Лёвина, Э. Л. Дзидзигури. — 2-е изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория
знаний,
2010.
—
365
с.
http://window.edu.ru/resource/935/69935/files/Ryzhonkov_978-5-9963-03458_Title_cB0345_8.pdf
3.
Балоян
Б.М.,
Колмаков
А.Г.,
Алымов
М.И.,
Кротов
А.М.
Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и
технологии получения: Учебное пособие / Международный университет
природы, общества и человека "Дубна". Филиал "Угреша". - М.: 2007. - 125 с.
http://window.edu.ru/resource/277/63277