экспериментальной физики - Физический факультет КемГУ
реклама
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СПЕЦИАЛИЗАЦИИ «ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» специальности 010701 «ФИЗИКА» Руководитель специализации Заведующий кафедрой экспериментальной физикий д.ф.-м.н., профессор Л.В. Колесников Кемерово 2008 1 Учебно-методический комплекс специализации «Физическое материаловедение» Обсужден и принят на заседании кафедры экспериментальной физики. Протокол № ______ от «_____» ____________ 200 г. Зав.кафедрой д.ф.-м.н., профессор __________________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № _____ от «_____» ____________ 200 г. Председатель комиссии к.ф.-м.н., доцент _______________ М.Л. Золотарев Утвержден на Совете физического факультета Декан физического факультета д.ф.-м.н., профессор Протокол № _____ от «_____» ____________ 200 г. Ю.Н. Журавлев 2 Содержание Учебно-методический комплекс специализации «Физическое материаловедение» специальности 010701 «ФИЗИКА» 1. Характеристика, обоснование и содержание специализации «Физическое материаловедение» на кафедре экспериментальной физики ……………..4 2. Квалификационная характеристика выпускника…………………………..7. 3. Тематика курсовых работ для студентов, обучающихся на специализации……………………………………………………………9 4. Тематика дипломных работ…………………………………………………10 5. Учебный план прохождения специализации……………………………….14 6. Сборник рабочих программ по дисциплинам специализации «Физическое материаловедение»…………………………………………….15 7. Учебная и производственная практика……………………………………..103 8. Методические разработки, изданные на кафедре, а также для курсов и лабораторных практикумов данной специализции…………………….116 9. База тестовых заданий по ДС……………………………………………….118 3 1. Характеристика, обоснование и содержание специализации «Физическое материаловедение» на кафедре экспериментальной физики Кафедра экспериментальной физики осуществляет подготовку по специализациям «Физическое материаловедение» и «Физическая информатика». Преподаватели и сотрудники кафедры ведут подготовку специалистов и преподают следующие общие и обще профессиональные дисциплины: «Радиофизика и электроника», «Физика атома и атомных явлений», «Физика атомного ядра и частиц», «Информатика», «Химия», «Экология», «Новые информационные технологии», «Методика преподавания физики», «Современные технологии Кузбасса. Учебный процесс на специализация «Физическое материаловедение» осуществляется в рамках специальности 010701 «Физика». На специализации работают: 2 профессора, 5 доцентов. Научная деятельность кафедры на специализации «Физическое материаловедение» Основными научными направлениями на специализации «Физическое материаловедение» кафедры экспериментальной физики являются: «Исследование процессов кристаллизации, модификации поверхности и физико-химических свойств низкоразмерных однородных и композиционных систем на основе металлов в различных средах и матрицах при освещении, изменении температуры и электрических полей», н/р проф. Колесников Л.В. (совместно с «НПК НПМ – Кемерово» , ИК СО РАН, в соответствии с Программой фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов». «Исследование свойств распределенных фоторефрактивных и фотовольтаических систем для приложений фотоники» н/р к.ф.-м.н. Севостьянов О.Г. (совместно с научными группами кафедр МПТЭ МИЭТ, СВЧиКР ТУСУР, университетов гг. Метц, Лион (Франция) и г. Клаусталь (Германия)) «Исследование состава и особенности образования органических минеральных агрегатов патогенной природы в организме человека» н/р к.ф.м.н., доцент Юдин А.Л. (совместно с Кемеровской медицинской академией, Кемеровской городской больницей № 3). «Применение физико-химических методов в криминалистике.» н/р к.ф.м.н., доцент Созинов с.А. (совместно с Испытательной противопожарной лабораторией Управления государственной противопожарной службы МЧС по Кемеровской области, Экспертно-криминалистическим центром ГУВД по Кемеровской области). Кафедра активно участвовала в Российских и зарубежных программах и грантах, непосредственно связанных с научной работой и учебноисследовательским процессом на специализации: 1. Хоздоговорная деятельность в период 1980г. – 1993г.; 2001-2002 с общим объемом 25 млн. руб. 4 2. В период 1990 по1997 г.г. программа «Создание опытного производства регистрирующих систем различного назначения», программа по заданию Минвуза. 3. В период 1995-1996 контракт с фирмой «3М» -50000 тыс. долларов. 4. Гранты фонда Сороса: Соросовский доцент 1997г. и 1998г. 5. Гранты РФФИ: 1996-1998, №96-03-33483; 2000-2003, № 00-03-32538, 2003 г., № 01-03-06077; 2003 г. ,№ 01-03-06078. 6. Участие в качестве исполнителей гранта «Ведущие научные школы», № 001597368.2003г. 7.1993-2007г. темы по Единому заказ-наряду, утвержденные Минвузом. С 1983 по настоящее время сотрудниками кафедры по темам НИР и хоздоговоров защищено около 20 кандидатских диссертаций и две докторских (одна бывшим сотрудником кафедры), из них 13 сотрудников работают в настоящее время в университете. Темы диссертаций прикладного характера, защищенные на кафедре экспериментальной физики в период с 1983 г. по настоящее время: Федоров Г. М. Энергетические характеристики эмульсионных микрокристаллов бромида серебра и контактных систем на их основе, 1992 г. Попов Ю. С. Исследование ряда оксианионных солей методом термоактивационной спектроскопии, 1990г. Плотников А. И. Исследование микрокристаллов галогенидов серебра методом КРП, 1993г. Звиденцова Н. С. Синтез и исследование фотографических систем типа «ядро-оболочка», 1993г. Сергеева И. А. Исследование ионной проводимости микрокристаллов галогенидов серебра методом диэлектрических потерь. 1993 г. Гузенко А. Ф. Исследование состояния поверхности микрокристаллов галогенидов серебра методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, 1996 г. Милешин И. В. Фотоэмиссионное излучение микрокристаллов AgBrxHal1-x и типа ядро-оболочка на их основе. 1996. Свистунова В. В. Моделирование процессов модификации и образования скрытого изображения в микрокристаллах галогенидов серебра. 1998. Шапошникова Е. В. Исследование ионной проводимости микрокристаллов бромида серебра в зависимости от условий их приготовления. 2000 г. Юдин А. Л. Исследование модификации поверхности микрокристаллов галогенидов серебра при взаимодействии с фотографически активными соединениями, 2004. Швайко И. Л. Влияние условий синтеза на эффективность созревания октаэдрических микрокристаллов AgBr и систем на их основе, 2004. Созинов С. А. Формирование серебряных центров на поверхности микрокристаллов AgBr (111) и (100). 2005. Севастьянов О.Г. Фоторефрактивный эффект в нестехиометричных кристаллах ниобата лития и оптических волноводах на их основе, 2006. Кострицкий С. М. Асимметрия комбинационного рассеяния света в одноосных нецентросимметричных кристаллах, 1985г.; 2004 г.- д.ф.м.н. 5 Колесников Л.В. Свойства микрокристаллов галогенидов серебра и контактных систем на их основе, 1997. (д.ф.м.н.) Колесников О.М. Исследование приповерхностных H:LiNbO3 и Cu:H:Li NbO3 слоев монокристаллов ниобата лития методами оптической спектроскопии. Студенты, обучающиеся на специализации, постоянно участвуют в работе научных конференций различного уровня и занимают призовые места: диплом на Всероссийском смотр-конкурсе научно-технического творчества студентов ВУЗов «Эврика! 2007»; диплом за научное исследование в области Химии в открытом конкурсе студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗах РФ, 2007; диплом на XI Российской научной студенческой конференции по физике. Томск 2008 г. Организаторы ТГУ, СО РАН; диплом на IX Российской научной студенческой конференции по физике. Томск, 2004. Организаторы ТГУ, СО РАН. Все выпускники специализации востребованы на современном рынке труда: анализ результатов распределения показывает, что основными потребителями выпускников являются: школы, вузы, СО РАН, УВД по КО, МЧС, предприятия здравоохранения, химической и угольной промышленности, организации малого и среднего бизнеса. В настоящее время на специализации имеется 12 научных и учебных лабораторий, в которых проводятся как научно-исследовательская работа, так и учебные занятия, а также выполняются курсовые и дипломные работы. Лаборатория синтеза материалов, рук. проф. Колесников Л.В. и доцент Звиденцова Н.С. Работает с 1984 г., осуществляет синтез дисперсных систем на основе различных материалов, проводит исследования их физико-химических свойств, условий стабилизации с целью использования результатов для создания новых материалов и композиционных систем на их основе. Лаборатория является базовой для научных исследований кафедры в области синтеза регистрирующих систем различного назначения. В лаборатории выполняются лабораторные работы по спецкурсам, а также курсовые и дипломные работы. Лаборатория термоактивационной спектроскопии, рук. доцент Попов Ю.С. В лаборатории осуществляется подготовка по специализации «Физическое материаловедение» и проводятся научные исследования, связанные с изучением модификации поверхности твердых тел в зависимости от внешних условий. Выполняются курсовые и дипломные работы. Лаборатория материаловедения, рук. проф. Колесников Л.В. В лаборатории ведется подготовка курсовых и дипломных работ по специализации «Физическое материаловедение», проводятся лабораторный практикум по ДС «Металлофизика» и практикум по дополнительной подготовке «Криминалистика». Лабораторией ИК и КР спектроскопии, рук. ст.преп. Севастьянов О.Г. В лаборатории проводятся исследования, связанные с изучением структурных и оптических свойств сегнетоэлектрических кристаллов и фоторефрактивных оптических волноводов на их основе для различных приложений в системах интегральной оптоэлектроники. В лаборатории выполняются лабораторные работы по спецкурсам, а также курсовые и дипломные работы. 6 В лаборатории рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рук. доцент Юдин А.Л., осуществляется подготовка по специализации «Физическое материаловедение» и проводятся научные исследования, направленные на получение информации о состоянии поверхности наносистем, их химического состава и процессов взаимодействия с различными соединениями. В лаборатории выполняются практикумы по ДС «Материаловедение», а также лабораторный практикум по дополнительной подготовке «Физико-химические методы в криминалистической практике». В лаборатории электрофизических методов исследования, рук. доцент Сергеева И.А., проводятся лабораторные занятия по специализации «Физическое материаловедение» и выполняются научно-исследовательские, дипломные и курсовые работы, связанные с исследованием ионной проводимости и диэлектрических потерь в твердых диэлектриках. Лаборатория электронной микроскопии, н/р доц. Созинов С.А. В лаборатории выполняются лабораторные работы в рамках программы специального практикума «Физика твердого тела», а также по ДС «Экспериментальные методы в ФТТ», «Металлофизика»; проводится ознакомительный практикум для студентов биологического и химического факультетов; выполняются курсовые и дипломные работы, проводятся научно-исследовательские работы. В лаборатории проводятся синтез и исследование тонких пленок металлов, а также исследования низкоразмерных систем и материалов на их основе. Студенты кафедры с 3-го курса обучения в университете ведут работу в перечисленных лабораториях по тематике НИР кафедры, во взаимодействии с организациями области, а также в соответствии приоритетным направлениям создания новых материалов и перспективных технологий их получения. Они учатся и работают на современном научном оборудовании, широко используют методы компьютерного моделирования и компьютерные технологии в своих исследованиях, осваивают новейшие достижения современной науки о материалах. При реализации процесса обучения кафедра успешно использует современные сетевые технологии. При кафедре имеются специализированные компьютерные классы и лаборатории. На WEB-сервере физического факультета размещены программы читаемых курсов, курсы лекций, методические разработки. Дисциплины специализации: Основы фотоники. Экспериментальные методы в физике твердого тела. Электронная структура атомов молекул и наночастиц. Физика полупродников и диэлектриков. Эмиссионные методы анализа процессов в материалах. Металлофизика. Физико-химия наноматериалов. Процессы и получение наноматериалов. Спецпрактикум «Физико-химические процессы в регистрирующих системах». Спецсеминар: Исследование процессов в конденсированных средах. 2. Квалификационная характеристика выпускника Цель: подготовка специалистов физиков, работающих в учебных и научноисследовательских учреждения, а также организациях и предприятиях различных форм собственности. Категория специалистов: Физик-исследователь. Преподаватель. 7 Выпускник должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями: - способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности знание теоретических и практических основ решения общепрофессиональных задач; - способность творчески использовать полученные знания и навыки в области деятельности за пределами профессиональной сферы; - способность адаптироваться к новым условиям и видам деятельности , - способность приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, расширять и углублять своё научное мировоззрение; - способность применять знание правовых и этических норм при оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов; - способность применять полученные навыки и умения для организации научноисследовательских и научно-производственных работ, для управления производственным или научно-производственным коллективом; - специальными профессиональными компетенциями): - способность и готовность ставить конкретные задачи научных исследований в области физики (в соответствии со своей профилизацией) и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта; - готовность применять современные методы обработки и интерпретации физической информации (в соответствии со своей профилизацией) для решения практических задач, в том числе находящихся за пределами непосредственной сферы деятельности; - способность и готовность к составлению и оформлению научно-технической документации, научных отчетов, обзоров, докладов и статей (в соответствии со своей специализацией). Поле деятельности: Поле деятельности будущих специалистов по перечисленным направлениям: на предприятиях и в организациях, связанных с исследование свойств различных материалов с использованием физических и физикохимических методов исследований, компьютерного моделирования, современных информационных технологий, баз данных и мировых информационных ресурсов; разработка технологий производства новых материалов; преподавательская деятельность в вузах, техникумах и школах; научная работа в вузах и институтах РАН. Расширение поля деятельности после дополнительной подготовки по специализации «Физические и физико-химические методы в криминалистической экспертизе». Криминалистическая экспертиза вещественных доказательств с использованием физических и физико-химических методов исследований, современных информационных технологий, баз данных и мировых информационных ресурсов: 8 решение задач в области использования и создания новых информационных технологий, баз данных, компьютерного анализа и идентификации изображений, современных средств программирования и проведения экспертизы деятельности в этих областях; фундаментальная и практическая подготовка по современным методам элементного и функционального анализа физико-химическими методами, для выполнения консультационной и экспертной работе по анализу вещественных доказательств. 3. Тематика курсовых работ для студентов, обучающихся на специализации 1. Кинетика термостимулированной электронно-дырочной рекомбинации в полупроводниках: экспериментальное исследование и моделирование. 2. Моделирование роста кристаллов AgHal в условиях контролируемой двухструйной кристаллизации. 3. Основы масс-спектрометрии. 4. Исследование оптических волноводов методами колебательной спектроскопии 5. Исследование процессов ионного обмена в электрооптических монокристаллах и сегнетокерамике 6. Исследование фоторефрактивного эффекта в сегнетоэлектрических монокристаллах 7. Моделирование и экспериментальное исследование нелинейного отклика микроструктурированных лазерных материалов и фотовольтаиков. 8. Оптическая спектроскопия элементарных возбуждений на границах раздела сред и в многослойных диэлектриках. 9. Физические принципы метода РФЭС и информация получаемая в эксперименте. 10. Физические принципы методы Оже-спектроскопии и информация получаемая в эксперименте. 11. Техника и методика экспериментов в высоковакуумной электронной спектроскопии. 12. Исследование химического состава органо-минеральных агрегатов организма человека методом РФЭС. 13. Моделирование химических соединений, процессов адсорбции на компьютере 14. Квантово-химический расчет соединений на ПК 15. Расчет нанообъектов в программе Hyper Chem 16. Исследование низкоразмерных систем методом РФЭС 17. Исследование дисперсий металлов методом РФЭС. 18. Элементный анализ химического состава поверхности твердых тел 19. Исследование Оже-спектров адсорбатов. 20. Исследование состояний адсорбатов на поверхности методом РФЭС 21. Применение метода РФЭС в криминалистических исследованиях 22. Автоматизация физического эксперимента в РФЭС (автоматизация РФЭ-спектрометра) 23. Исследование адсорбции поверхностно активных соединений на поверхности бромида серебра 24. Физические принципы формирования контраста изображения в просвечивающей электронной микроскопии 25. Исследование структуры тонких пленок металлов методом сканирующей туннельной микроскопии 26. Исследование электронных свойств тонких пленок металлов методом сканирующей туннельной микроскопии 27. Физические принципы сканирующей туннельной микроскопии. 28. Исследование поверхности микрокристаллов AgHal методом просвечивающей электронной микроскопии 9 29. Просвечивающая электронная микроскопия как метод исследования наноструктурированных материалов и наночастиц. 30. Исследование фазовых превращений при изменении ионного и электронного равновесия в микрокристаллах галогенидов серебра 31. Поучение и электронно-микроскопические исследования тонких пленок и наночастиц металлов 32. Исследование структурных изменений в проводниках при термических и механических воздействиях методом электронной микроскопии 33. Диэлектрические потери в системе наночастицы металлов- диэлектрическая матрица 34. Изучение оптических свойств наночастиц металлов 35. Исследование условий получения наночастиц металлов (Ag, Au, Cu, Fe, Ni, Co, Sn) 36. Усовершенствование методов лабораторного анализа твердого топлива 37. Исследование передачи информации при сканировании и получении твердых копий изображений 38. Методика исследования начальных стадий предвзрывной проводимости азидов тяжелых металлов и способы повышения ее чувствительности 39. Методика эксперимента по поиску корреляций между пространственной локализацией предвзрывной люминасценции и дислокациями в нетевидных кристаллах AgN3 40. Мощный твердотельный лазер ЛТИ-5 и направления использования его в исследованиях взрывного разложения энергетических материалов 41. Анализ причин разрушения изделий из металлов и сплавов. 42. Исследование структурных изменений в проводниках при термических и механических воздействиях 43. Модификация физических свойств металлов при термических и механических воздействиях 4. Тематика дипломных работ. Темы дипломных работ, защищенные по данной специализации за последние пять лет: 2003 г. 1. Исследование модификаторов и стабилизаторов поверхности AgHal методом РФЭС 2. Исследование протонзамещенных волноводов в кристаллах ниобата лития методами инфракрасной и модовой спектроскопии. 3. Моделирование роста Т- микрокристаллов AgBr методом молекулярной динамики. 4. Имитационное моделирование работы очистительного забоя угольной шахты. 5. Диэлектрические потери в микрокристаллах AgHal. 6. Исследование спонтанной и химической сенсибилизации МК AgBr (111). 7. Синтез и исследование композиционных систем на основе МК AgBr (111). 8. Сравнение характеристик спектров диэлектрических потерь микрокристаллов AgHal октаэдрической и кубической огранки. 9. Исследование фотоиндуцированных изменений в кристаллах ниобата лития методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. 10. Запись и термическая фиксация фазовых голограмм в номинально чистых кристаллах ниобата лития. 11. Исследование особенностей формирования серебряных центров на поверхности микрокристаллов AgBr (100). 12. Исследование ионной проводимости микрокристаллов AgHal методом диэлектрических потерь. 13. Исследование особенностей формирования серебряных центров на поверхности микрокристаллов AgBr (111). 10 14. Исследование полиметиновых красителей и их адсорбции на поверхности микрокристаллов AgHal методом РФЭС. 15. Исследование методами оптической спектроскопии LiNbO3 волноводов, формируемых с помощью ионного обмена и ионной имплантации. 16. Определение температуры и времени горения из измерения ИК-спектров обугленных остатков древесины. 2004 г. 1. Исследование оптических волноводов в кристаллах ниобата лития с двойным легированием методом ИК-спектроскопии. 2. Исследование планарных оптических волноводов в кристаллах ниобата лития методом спектроскопии КРС. 3. Разработка методики исследования и идентификации гелевых паст для криминалистической практики. 4. Компьютерное моделирование чувствительности МК примитивных фотоэмульсий 5. Исследование адсорбции красителей на поверхности микрокристаллов AgHal 6. Исследование состава гелевых паст методом РФЭС. 7. Исследование зависимости сенситометрических показателей гибридной фоторегистрирующей системы от условий сканирования и печати твердых копий фотографических изображений 8. Исследование качества черно-белых снимков, полученных с использованием цифровой обработки негативов. 9. Исследование модификации структуры при нагреве алюминиевых проводов методом металлографического анализа. 10. Синтез и исследование микрокристаллов AgHal типа «ядро-оболочка». 11. Исследование химической сенсибилизации микрокристаллов AgHal (111). 12. Исследование изменения структуры электротехнических материалов при нагреве методом микроскопии. 13. Исследование поверхности микрокристаллов AgBr методом декорирования. 14. Исследование ионной проводимости микрокристаллов AgBr октаэдрической огранки методом диэлектрических потерь. 15. Исследование ионной проводимости микрокристаллов AgBr в кинетике созревания методом диэлектрических потерь. 2005 г. 1. Исследование влияния коэффициента контраста на передачу изображений при их сканировании и печати. 2. Исследование адсорбции несимметричных цианиновых красителей на поверхности микрокристаллов методом РФЭС. 3. Исследование влияния параметров синтеза на свойства микрокристаллов AgHal (100). 4. Исследование влияния параметров синтеза на свойства микрокристаллов AgHal (111). 5. Исследование процесса кристаллизации микрокристаллов AgBr(I) с варьируемым содержанием иодида. 1. 6. Исследование химической и спонтанной сенсибилизации микрокристаллов AgBr(I). 6. Исследование влияния адсорбции красителей с разными заместителями в гетероциклах на спектры диэлектрических потерь микрокристаллов AgBr. 7. Исследование влияния адсорбции красителей с разной длиной хромофора на спектры диэлектрических потерь микрокристаллов AgBr. 8. Исследование фоторефрактивных волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития методами оптической спектроскопии. 9. Лабораторный практикум «Рекомбинационная люминесценция полупроводников». 10. Кинетические закономерности рекомбинационной люминесценции в AgCl. 11. Моделирование тушения рекомбинационной люминесценции в полупроводниках. 11 12. Исследование влияния иодида на формирование серебряных центров в микрокристаллов AgBrI (111). 13. Исследование влияния размеров микрокристаллов AgBrI (111) на формирование серебряных центров. 14. Анализ причины разрушения шарового крана DN-20. 15. Моделирование роста плоских микрокристаллов AgHal с учетом процесса коалесценции. 16. Численное моделирование процесса образования скрытого изображения в микрокристаллах AgHal. 17. Отражение работ Нобелевских лауреатов в факультативном курсе по физике в средней школе. 18. Изучение идентификационных признаков текстов, выполненных гелевыми пастами. 19. Исследование образования новой фазы на поверхности кристаллов AgHal методом электронной микроскопии. 20. Создание базы данных по применению современных физико-химических методов в криминалистике. 21. Анализ причин разрушения деталей транспортных средств на основе алюминиевых сплавов. 2006г. 1. Электронномикроскопическое исследование поверхности микрокристаллов AgBr (111) методами декорирования. 2. Исследование обращения волнового фронта при вынужденном рассеянии Мандельштама – Бриллюэна. 3. Изучение взаимосвязи текстуры и электропроводности углеродного калиброванного волокна. 4. Взаимосвязь предельных сенситометрических характеристик с размерами микрокристаллов МК AgBr (111) и пересыщением. 5. Исследование модификации микрокристаллах AgBr в процессе созревания и хранения. 6. Исследование свойств углеродного нановолокна. 7. Исследование ионной проводимости в процессе модификации формы микрокристаллах AgBr (111). 8. Фоторефрактивный эффект в волноводах на кристаллах ниобата лития 9. Исследование состава биоминералов (камней) в организме человека методом РФЭС. 10. Исследование углеродных волокон методом РФЭС. 11. Моделирование фотопроцесса в микрокристаллах AgBr. 12. Кинетика и механизм рекомбинационной люминесценции в микрокристаллах AgCl. 2007 г. 1. Исследование состава, структуры и механических свойств образцов стальных изделий 2. Исследование дисперсий серебра методом микроскопии. 3. Образование частиц серебра на поверхности микрокристаллов AgBr 4. Оптимизация микрокристаллов AgBr без серосодержащих добавок. 5. Инициирование тетранитропентаэритрита импульсным лазерным излучением. 6. Влияние радиационной обработки на характеристики импульсного инициирования азидов серебра и свинца. 7. Исследование фотохромных фоторефрактивных волноводов на подложках кристаллов ниобата лития. 8. Разработка методического пособия «Рентгеновские спектры» по курсу «Атомная физика» 9. Исследование ионной проводимости микрокристаллов AgBr (111) методом диэлектрических потерь. 10. Исследование диэлектрических потерь в микрокристаллов AgBr (100) при изменении ионного равновесия. 11. Исследование дисперсий серебра методом РФЭС. 12. Исследование состава поверхности микрокристаллов AgBr (111) после собственного созревания. 12 13. Автоматизированная установка для исследования фоторефрактивного эффекта методом Zсканирования. 14. Исследование фотолюминесцентного отклика кристаллов ниобата лития методом оптической спектроскопии. 15. Кинетические закономерности донорно-акцепторной рекомбинации в хлориде серебра. 16. Отработка условий получения масс-спектров в камере РФЭС-спектрометра. 17. Сравнительное исследование передачи изображений фотографическими, электронными и гибридными регистрирующими системами. 18. Исследование спектрально-кинетических характеристик рекомбинационной люминесценции хлорида серебра. 19. Исследование условий получения дисперсий серебра разных размеров. 20. Моделирование механизмов роста кристаллов при массовой кристаллизации галогенидов серебра. 2008 г. 1. Модификация структуры материалов на основе меди при нагреве. 2. Получение и свойства наночастиц золота и систем на его основе. 3. Получение и свойства наночастиц серебра. 4. Ионообменные оптические волноводы в кристаллах ниобата и танталата лития. 5. Исследование структуры изделий из латуни в местах разрушения. 6. Исследование структуры изделий из чугуна в местах разрушения. 7. Исследование наночастиц металлов методом РФЭС. 8. Исследование свойств наночастиц ряда металлов методом электронной микроскопии. 9. Получение и свойства наноструктур металлов, нанесенных на кристаллические подложки. 10. Исследование наноструктур методом РФЭС. 11. Разработка методических материалов для учащихся профильных классов средней школы с целью подготовки в ЕГЭ. 12. Фоторефрактивный отклик и свето-индуцированные структуры в фото-сегнетоэлектриках. 13. Кинетика свечения тетранитропента-эритрита при лазерном импульсном инициировании. 14. Особенности импульсного инициирования тетранитропентаэритрита при повышенных температурах лазерным излучением с длинами волн 1060 и 530 нм. 15. Исследование передачи изображений в гибридных фоторегистрирующих системах. 13 5. Учебный план прохождения специализации Физическое материаловедение Основы фотоники 5 100 6 100 5 100 7 100 8 56 9 120 9 90 3 10 3 6 114 9 1 46 3 28 3 28 5 1 20 2 10 недель 8 недель 15 недель 17 недель 19 недель 17 недель 19 недель 17 недель 19 недель 0 17 недель Индивид. 8 3 3 4 72 6 42 6 1 72 6 8 3 3 0 80 6 54 5 0 6 0 7 46 4 0 0 10 6 5 4 140 5 1 1 4 120 4 8 8 9 3 8 0 8 Свойства и испытания регистрирующих систем Спец.семинар: Исследование процессов в конденсированных средах 1 4 2 6 8 8 Лаб. Практикум Физикохимические процессы в конденсированных системах. Физико-химия наноматериалов 3 3 1 6 6 6 Металлофизика 3 7 Самостоятельная работа 8 6 2 8 3 7 Распределение по семестрам 8 6 2 8 3 6 4 7,7 Лабораторные Лекции 5 4 Экспериментальные методы в физике твердого тела Электронная структура атомов молекул и наночастиц Физика полупроводников и диэлектриков Эмиссионные методы анализа Практика Аудиторные занятия Всего Курсовая Зачет Экзамен Наименование дисциплины Объем работы студентов в часах Трудоемкость по стандарту Распределение по семестрам 6 0 14 1 6. Сборник рабочих программ по дисциплинам специализации «Физическое материаловедение» 1.Основы фотоники 2. Экспериментальные методы в физике твердого тела 3. Электронная структура атомов молекул и наночастиц 4. Физика полупроводников и диэлектриков. 5. Эмиссионные методы анализа 6. Металлофизика 7. Физико-химия наноматериалов 8. Процессы получения наноматериалов и наноструктур 9. Лаб. практикум «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» 10. Спец. семинар «Исследование процессов в конденсированных средах» 15 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики УТВЕРЖДАЮ: Декан физического факультета Д.ф.-м.н., проф. Ю.Н. Журавлев ________________ «___» ________2008 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине специализации «Основы фотоники» для специальности 010701 «Физика» факультет: Физический Курс: 3 Семестр: 5 Лекции: 36 час. Лабораторные работы: 18 час. Самостоятельная работа: 46 час. Всего часов: 100 час. Составитель: к.ф.-м.н., ст. преп. КЭФ КемГУ, Севостьянов О.Г. Зачет: 5 семестр Кемерово – 2008 16 Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010701 «Физика». Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики Протокол № ____ от «___» ____________ 2008 г. Зав. кафедрой д.ф.-м.н. профессор ___________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № ____ от «___» ___________ 2008 г. Председатель к.ф.-м.н. доцент М.Л. Золотарев 17 Пояснительная записка к курсу «Основы фотоники» Курс «Основы фотоники» является частью цикла дисциплин, предполагаемых программой специализации “Физическое материаловедение” и имеет целью ознакомить студентов с физическими основами и современным состоянием относительно нового раздела физики - “Фотоника”, окончательно сформировавшегося в течение последних двух десятилетий на стыке физики твердого тела, оптоэлектроники, оптической спектроскопии, интегральной оптики, квантовой электроники, нелинейной и когерентной оптики, а так же, оптоинформатики, которая сегодня, фактически, является неотъемлемой составной частью фотоники. Вопросы, охватываемые данной дисциплиной, достаточно полно характеризуют возможности, предоставляемые современной физической наукой для управления световыми потоками, оптической сенсорики, и анализа данных в оптических (в т.ч. – всеоптических) системах. Перспективный спрос на специалистов в области фотоники (включая, биофотонику), уже имеющий место в крупнейших зарубежных исследовательских центрах, начинает формироваться и в России. В частности, правительством РФ сформулированы приоритеты в сфере телекоммуникационных систем, оптоинформатики, волоконной и интегральной оптики, оптических систем безопасности и др. направлений в фотонике, считающихся вершиной современных высоких технологий. Прогнозируется развитие предприятий и компаний, выпускающих и использующих оборудование оптоволоконных кабельных сетей (телевидение, интернет, оптические локальные сети, телефония), экологического мониторинга (лидарные и традиционные оптические системы спектрального анализа), оптического кодирования (включая массовые штрихсистемы и квантовые криптоканалы высокой надежности) и пр. Для успешного освоения курса необходимо: Владение основами векторного и тензорного анализа, дифференциального и интегрального исчисления, базовыми знаниями теории функций комплексного переменного и теории вероятностей. Студентами должен быть полностью освоены базовый курс оптики и основные положения физики твердого тела. В результате освоения курса студент будет владеть: фундаментальными основами фотоники и нанофотоники, т.е.: основами физики, техники и элементами технологии активных оптических систем обработки информации, методами исследования и тестирования лазерных и широкополосных оптических комплексов различного прикладного назначения, а так же актуального набора оптических материалов; методами выполнения специальных оптико-физических измерений и исследований. Программа курса «Основы фотоники» 1. Предмет фотоники. Развитие представлений об оптических технологиях. Оптическая связь. Волоконные сети. Концепция “Fiber-to-home”. Системы оптической обработки и хранения данных. Оптические компьютеры. Оптическая диагностика. 2. Приборы и материалы фотоники. Источники излучения. Лазеры. Полупроводниковые излучатели и детекторы. Общая характеристика применяемых материалов. Изотропные и анизотропные кристаллы. Жидкокристаллические материалы. Аморфные материалы. Материалы для сигнальной и силовой фотоники. 18 3. Свет в электрооптических средах. Оптическая индикатриса кристаллического материала. Электрооптические эффекты Поккельса и Керра. Механизмы эффектов. Феноменологическое описание. Тензор электрооптических коэффициентов и его симметрия. 4. Свет в магнитооптических средах. Магнитооптические эффекты Фарадея и Керра. Механизмы эффектов. Циркулярное магнитное двупреломление. Расчет разности показателей преломления для правой и левой циркулярной поляризации. Свойство “невзаимности” в магнитооптических средах. 5. Свет в фоторефрактивных средах. Концепция фоторефрактивного эффекта. Фоторефрактивные кристаллы. Фотовольтаический, диффузионный и дрейфовый механизмы формирования пространственного заряда. Расчет вкладов в фотоиндуцированное изменение показателя преломления. 6. Акусто-оптическое взаимодействие. Типы акустических волн в твердых телах. Феноменология и механизмы акустооптического эффекта. Режимы дифракции Брэгга и Рамана-Ната. Пример акустооптической ячейки. 7. Термо- и пьезо- оптический эффекты. Светоиндуцированное просветление и поглощение. Оценка вклада ТОЭ в изменение коэффициента экстинкции. Механические напряжения в кристаллической решетке. Тензор 4-го ранга пьезооптических коэффициентов. Оценка вклада пьезо- эффектов при модуляции параметров кристаллической среды за счет внешних факторов. 8. Оптическая фильтрация. Прямое и обратное преобразования Фурье в оптической системе. Схемы Фурье-процессоров. Типы часто реализуемых математических операций. Фильтрация в частотной плоскости. Оценка возможностей корреляционного анализа в Фурье-оптике. 9. Передача оптических сигналов. Активные и пассивные оптические волноводы. Волоконная и дистанционная оптическая связь. Условия и режимы. Типы оптических волноводов. Активные волоконные компоненты. Диэлектрические планарные и канальные волноводы. Дисперсия. Моды. Профили показателя преломления. Потери. Методы формирования. 10. Нелинейно-оптические методы преобразования излучения. Фазовый и квазифазовый синхронизм. Генерация второй гармоники; ее реализация в периодических системах и в режимах “на отражение”. Параметрические процессы. “Up-“ и “Down-” конверсия в активных средах. “Волшебное зеркало”. 11. Оптические солитоны. Квадратичная и кубическая диэлектрическая восприимчивость. Пространственные и временные оптические солитоны. Нелинейное уравнение Шредингера. Светлые и темные пространственные солитоны. Дискретные солитоны. 12. Фотонные кристаллы. Теория связанных мод. Фотонная запрещенная зона. Брэгговская решетка как возможная основа фотонного кристалла. Брэгговские солитоны. Двумерные фотонные кристаллы. Методы изготовления оптических компонентов с регулярной периодической структурой. Структурированное оптическое волокно. 13. Элементарные возбуждения на границе раздела сред. Принципы нанофотоники. Особенности оптических процессов на границе раздела сред. Поляритоны. Поверхностные фонон-поляритонные и плазмон-поляритонные возбуждения. Дисперсия 19 поверхностных поляритонов. Регулярная структура поверхности и распространение поверхностных волн. “Запрещенные” оптические компоненты, реализуемые методами наноструктурирования поверхности. Оптические микрорезонаторы. 14. Компоненты активных оптических систем. Модуляторы, дефлекторы, затворы, перестраиваемые фильтры, селективные отражатели, конвертеры частоты и волнового фронта. Управление светом с помощью света. Всеоптические системы. 15. Интегрально-оптические активные и пассивные компоненты. Внедренные, полосковые, гребенчатые, погруженные канальные волноводы. Ввод-вывод излучения в интегрально-оптические схемы. Распределенные системы. Интегрально-оптические линзы, зеркала, фильтры частот, поляризаторы, интегральные конвертеры, усилители, интегрально-оптические лазеры. Компоненты WDM и DWDM устройств. 16. Оптические неразрушающие и зондирующие методы контроля физических и физико-химических параметров. Оптическая сенсорика. Оптические датчики электрических и магнитных полей, температуры, доз излучения. Оптические планшеты с НПВО. Компактные селективные и широкополосные лазерные спектрометры и спектрофотометры. Зондирование атмосферы и дистанционный спектральный анализ. Лидары. 17. Оптическая гирометрия. Эффект Саньяка. Опыт Майкельсона-Гейля. Контур оптического гироскопа. Коэффициент увлечения Френеля. Волоконно-оптический гироскоп. Квантовый оптический гирометр. Применения и перспективы оптической гирометрии в наземной и аэро-космической навигации. 18. Квантовая телепортация и квантовые криптосистемы. Принцип неопределенности Гейзенберга. Парадокс Энштейна-Подольского-Розена. Поляризация фотонов. Запутанные состояния. Передача и определение состояния поляризации. Генерация ключа. Организация квантового криптоканала. Боб и Алиса. Вмешательство осторожной Евы. Устойчивость квантового криптоалгоритма. Проблемы и перспективы квантового шифрования в оптических сетях. Лабораторный исследовательский практикум Работа №1: Оптическая фильтрация и Фурье-процессоры. Работа №2: Запись фазовых голограмм в фотосегнетоэлектриках. Работа №3: Планарные и канальные оптические волноводы. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Список литературы А. И. Ларкин, Ф. Т. С. Юу. Когерентная фотоника, Бином, 2007, 320 с. Шандаров В.М. Основы физической и квантовой оптики, ТУСУР, 2005, 260 с. Котюк А.Ф., Иванов В.С., Золотаревский Ю.М. Основы оптико-электронных измерений в фотонике, Логос, 2004, 496 с. Волноводная оптоэлектроника / Под ред. Т. Тамира.- М.: Мир, 1991 Салех Б., Тейх М. Основы фотоники, Интеллект, 2008 Месхеде П. Современная оптика и нанофотоника, Интеллект, 2008 Астапенко В.А. Физические основы фотоники, М.:МФТИ, 2005, 104 с. А. Ярив, П. Юх, Оптические волны в кристаллах, М.:Мир, 1987. М. Адамс, Введение в теорию оптических волноводов, М.:Мир, 1984. 20 10.Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика, М.:МГУ, 1998. 626 с.. 11.Блистанов А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. М.: МИСИС, 2000. 432 с. 12.Гиббс Х. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света. М.: Мир, 1988. 520 с.. 13.Воронцов М.А. и др. Управляемые оптические системы. М.: Наука, 1988. 292 с. 14.Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. М.: Физматлит, 2004. 512 с. 15.Келих С. Молекулярная нелинейная оптика. - М.: Наука, 1981. 672 с. 16.Най Дж. Физические свойства кристаллов. М.: Мир, 1967. 324 с. 17. Нарасимхамурти Т. Фотоупругие и электрооптические свойства кристаллов. М.: Мир, 1984. 586 с. 18. Петров М.П. и др. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. СПб.: Наука, 1992. 320 с. 19. Хаус Х. Волны и поля в оптоэлектронике. М.: Мир, 1998. 20. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. М.: Мир, 1989. 21. Ярив А. Введение в оптическую электронику. - М.: Высш. шк., 1983. 398 с. 22.В.И.Бусурин, Ю.Р.Носов "Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчёта и применения", Энергоатомиздат, 1990 Контрольно-измерительные материалы по курсу «Основы фотоники» Задачи фотоники. Области приложений. Инструментарий и материалы фотоники. Излучение и детектирование света. Электрооптический эффект Магнитооптический эффект Фоторефрактивный эффект Термооптический и пьезооптический эффекты Акусто-оптическое взаимодействие. Оптическая фильтрация. Передача оптических сигналов. Активные и пассивные волноводы. Нелинейно-оптические методы преобразования излучения. Оптические солитоны. Фотонные кристаллы. Элементарные возбуждения на границе раздела сред. Модуляторы, дефлекторы, затворы, фильтры и другие преобразователи световых пучков. Интегрально-оптические активные и пассивные компоненты. Оптические сенсоры. Лазерные спектрометры и лидары. Оптическая гирометрия. 21 Квантовая телепортация и квантовые криптосистемы. Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Основы фотоники» Сведения о переутверждении рабочей программы на текущий учебный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 22 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики УТВЕРЖДАЮ: Декан физического факультета д.ф.-м.н., проф. Ю.Н. Журавлев ________________ «___» ________2008 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине специализации «Экспериментальные методы в физике твердого тела» для специальности 010701 «Физика» факультет: физический Курс: 3 Семестр: 6 Лекции: 36 час. Лабораторные работы: 18 час. Самостоятельная работа: 46 час. Всего часов: 54 час. Составитель: к.ф.-м.н., ст. преп. КЭФ КемГУ, Севостьянов О.Г. Зачет: 6 семестр Кемерово – 2008 23 Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010701 «Физика». Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики Протокол № ____ от «___» ____________ 2008 г. Зав. кафедрой д.ф.-м.н. профессор ___________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № ____ от «___» ___________ 2008 г. Председатель к.ф.-м.н. доцент М.Л. Золотарев 24 Пояснительная записка к курсу «Экспериментальные методы в физике твердого тела» Цель курса: Формирование теоретических представлений и практических навыков в области существующих экспериментальных методов, применяемых в физике твердого тела для исследования его химического, структурного и фазового состава; динамики решетки твердых кристаллических материалов; а так же, обзор и анализ возможностей, прежде всего, экспериментальных методов оптической спектроскопии и приближенных методов расчета спектров элементарных возбуждений с позиции физики квазичастиц, для получения информации о составе аморфных твердых тел и кристаллитов, особенно в приложении к процессам взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Современный набор экспериментальных методов физики твердого тела весьма широк. При этом, методы оптической спектроскопии, традиционно, позиционируются в первом ряду по важности и объему получаемой информации. Это происходит не только в силу хорошо разработанного к настоящему времени теоретического и методологического аппаратов, но и за счет известной технологичности при постановке подобных исследований, особенно с учетом возможностей реализации неразрушающих методов тестирования и экспресс-анализа. Научные приложения методов оптической спектроскопии твердого тела обеспечивают успех разработки новых органических, неорганических и композитных материалов, включая микро- и наноструктурированные системы. Уникальные возможности методов оптической спектроскопии твердого тела в области прецизионного контроля структурно-фазового и химического составов любых известных и новых соединений, обеспечили их широкое применение и в производственной сфере, затрагивающей, практически все аспекты хозяйственной деятельности. Например, без применения этих методов немыслимо современное производство электронных и оптических компонентов, пластмасс, минеральных удобрений, лекарств, многих пищевых продуктов и других изделий массового потребления. Соответственно, широк и спектр возможных приложений для знаний, получаемых студентами в рамках данного курса при дальнейшем трудоустройстве. Освоив предлагаемую дисциплину специализации, студент будет готов к решению базовых задач, связанных с выполнением оптического спектрального анализа любых исследуемых образцов, а именно, сможет: мотивировать и выполнять исследования качественного и количественного типа методами инфракрасной спектроскопии поглощения и отражения; мотивировать и выполнять исследования качественного и количественного типа методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (включая микро-КРС) в двух основных геометриях; мотивировать и выполнять исследования качественного и количественного типа методом оптической абсорбционной спектроскопии видимого диапазона длин волн электромагнитного излучения; а так же мотивировать и применить расширения методов нелинейной лазерной спектроскопии и интерферометрии при постановке адекватных этим методам, научных и производственных проблем. 25 Программа курса Молекулярная теория колебательных спектров Строение молекул. Число степеней свободы. Разделение энергии молекулы на части. Квантование энергии колебательного движения атомов. Кривые потенциальной энергии. Колебательные степени свободы. Нормальные колебательные координаты. Классификация нормальных колебаний по форме. Общий метод решения задачи о нормальных колебаниях. Колебания одноатомной линейной цепочки. Колебания одномерной решетки с базисом. Колебания атомов трехмерной решетки. Статистика фононов. Характеристические частоты. Ангармоничность колебаний. Особенности исследования колебательных спектров кристаллов Волны поляризации в двухатомных ионных кристаллах. Уравнения Борна-ХуангКуня для динамики решетки ионных кристаллов. Соотношение Лиддана-СаксаТеллера. Поляритоны: типы и дисперсия. Взаимодействие электромагнитного излучения с волнами поляризации. Уравнения Крамерса-Кронига. Приближенный анализ в рамках одноосцилляторной модели Хейвлока. Волны поляризации в анизотропных ионных кристаллах. Молекулярный спектральный анализ Типы колебаний. Вращательные и колебательные спектры. Электронные спектры. Понятия эмиссионной и абсорбционной спектроскопии. Оптические переходы. Сплошные, линейчатые и полосатые спектры. Число линий в спектрах. Интенсивность спектральных линий. Зависимость интенсивности линии от концентрации вещества. Ширина и форма спектральных линий. Контуры Гаусса и Лоренца. Дисперсионный контур. Характеристические групповые частоты в колебательных спектрах. Интенсивность полос поглощения и методы введения вещества. Идентификация молекулярных полос. Методы отнесения линий. Основные характеристики оптических абсорбционных спектров. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Основные характеристики спектров инфракрасного поглощения. Основные характеристики спектров КРС . Правила Плачека. Возможности качественного и количественного анализа по молекулярным спектрам. Эталоны и аналитические линии. Колебательная спектроскопия Спектральные приборы. Типы монохроматоров. Линейная дисперсия. Спектральная ширина щели. Разрешающая способность. Светосила. Фотографическая и фотоэлектрическая фотометрия. Техника регистрации ИК-спектров поглощения. Дифференциальная спектроскопия. Спектроскопия ИК-отражения. ИК-Фурье спектроскопия. Выигрыши Жакино и Фелджета. Техника ИК-Фурье спектроскопии. Определение следов примесей методом ИК-спектроскопии поглощения. Чувствительность качественного анализа. Техника спектроскопии КРС. Методы возбуждения. Поляризационные измерения КРС, степень деполяризации. Основные схемы КРС. Резонансное КРС. Угловая зависимость КРС в оптически анизотропных телах. Обработка спектрограмм. Сателлиты и духи. Ошибки и методы их устранения. Перспективные методы оптической спектроскопии в физике твердого тела СИСАМ. Растровые спектральные приборы (спектрометры). Модуляционная спектроскопия. Спектроскопия насыщения поглощения. Двухфотонная и трехуровне26 вая спектроскопия. Флюоресцентная ИК-спектроскопия. Спектроскопия НПВО и оптическая модовая спектроскопия. Голографическая интерферометрия. Спеклинтерферометрия. Вынужденное КРС. Микро-КРС. Инверсное комбинационное рассеяние и ГКР. Четырехволновое смешение (КАРС). Спектры фотолюминесценции при возбуждении спонтанного КРС. Терагерцовая спектроскопия. Конфокальная лазерная микроскопия и нелинейная спектроскопия с одночастотным лазерным возбуждением. Вопросы к зачету 1. Динамика линейной одноатомной цепочки. 2. Динамика трехмерной одноатомной решетки. 3. Разделение энергии молекул на части. Степени свободы. Классификация колебаний. 4. Квантование энергии колебательного движения атомов решетки. Расчет потенциала. 5. Решетка с базисом. Нормальные колебательные координаты. Оптическая и акустическая дисперсионные ветви. 6. Число колебательных мод. Плотность состояний. 7. Элементарные электромагнитные и упругие возбуждения в твердых телах. 8. Волны поляризации. Общие соотношения. 9. Эффективный заряд. Оболочечная модель. Соотношения Сигети. 10.Дисперсия поляритонов в кубических кристаллах. Соотношение Лиддана-СаксаТеллера. 11.Локальные фононы. 12.Волны поляризации в анизотропных кристаллах. 13.Электронные возбуждения и электронная поляризуемость. 14.Механизмы появления оптических абсорбционных спектров. 15.Параметры линий в оптических абсорбционных спектрах. 16.Вращательные и колебательные спектры. Электронные спектры. 17.Идентификация молекулярных полос. Методы отнесения линий. 18.Спектральные приборы. Типы монохроматоров. 19.Спектральные приборы. Основные параметры. 20.Фотографическая и фотоэлектрическая фотометрия. Возможности, преимущества и ограничения. 21.Основные характеристики спектров инфракрасного поглощения. 22.Определение следов соединений методом ИК-спектроскопии поглощения. 23.Техника регистрации ИК-спектров поглощения, дифференциальная спектроскопия. 24.Спектроскопия ИК-отражения. 25.Основные принципы Фурье-спектроскопии. 26.Инфракрасная Фурье-спектроскопия. Достоинства и недостатки метода. Выигрыши Жакино и Фелджета. 27.Техника ИК-Фурье спектроскопии. Возможные аппаратные решения. 28.Основные характеристики спектров КРС . Поляризационные измерения КРС. 29.Основные схемы КРС. Техника спектроскопии КРС. 30.Возможности качественного и количественного анализа по спектрам КРС. 31.Резонансное КРС. 27 32.Качественный и количественный молекулярный анализ. Анализ возможностей методов и ограничения. 33.Ошибки спектрофотометрических измерений. 34.СИСАМ. Принцип и достоинства метода. 35.Основные принципы модуляционной спектроскопии. 36.Растровые спектральные приборы. 37. Нелинейная лазерная спектроскопия. 38.Спектроскопия НПВО 39.Оптическая модовая спектроскопия. 40. Инверсное комбинационное рассеяние и ГКР. 41.Четырехволновое смешение (КАРС). 42. Терагерцовая спектроскопия. 43. Нелинейная лазерная спектроскопия. 44.Оптическая интерферометрия. 45. Самостоятельная работа студентов 1. Решение уравнений Борна-Хаунг-Куня для частных случаев ионных кристаллов. 2. Приближенные методы решения уранений Крамерса-Кронига (реферат) 3. Расчет угловой дисперсии полярных фононов для частных случаев Лаудона. Лабораторный исследовательский практикум 1) Определение параметров анизотропных кристаллов из оптических спек- тров Цель: Знакомство с методом оптической спектроскопии поглощения видимого диапазона длин волн и оптическими свойствами анизотропных твердых тел. Экспериментальное определение показателей преломления кристаллической пластинки (одноосный кристалл) и ориентации оптической оси из измерений поляризованных спектров пропускания. Приборы и материалы: спектрофотометр СФ-26, поляризатор, пластинка из одноосного кристалла с произвольной ориентацией оптической оси. 2) Измерение инфракрасных спектров твердых веществ Цель: Знакомство с методом инфракрасной спектроскопии поглощения, изучение колебательного движения молекул по спектрам поглощения в ближней и средней инфракрасной области. Определение частот и типов колебаний в спектрах предложенных образцов, отнесение линий в измеренных ИК-спектрах поглощения на основе теоретико-группового анализа активности колебаний в инфракрасных спектрах. Приборы и материалы: спектрофотометр ИКС-29, пленка полистирола для калибровки, образцы кристаллов. 3) Измерение спектра комбинационного рассеяния света (КРС) кристалла фотоэлектрическим методом. 28 Цель: Освоение методики получения спектров КРС и извлечения информации о нормальных колебаниях кристаллической решетки. Приборы и материалы: Спектрометр ДФС-12, ртутная лампа ДРШ-250 (или один из лазеров лаборатории), исследуемый образец. 4) Получение поляризованных спектров КРС ионных кристаллов Цель: Получение поляризованных спектров КРС кристаллов и определение по ним полярных фононов LO и TO типа A и E симметрии и неполярных фононов симметрии E2. Приборы и материалы: He-Cd и Kr+ – лазеры, спектрометры ДФС-12, ДФС-24, образец, поляризаторы. Список рекомендованной литературы М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия, Эдиториал УРСС, 2001, 892 с. 2. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. Общие вопросы спектроскопии, КомКнига, 2007, 240 с. 3. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. Молекулярная спектроскопия, М., КомКнига, 2007, 528 с. 4. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. Атомная спектроскопия, М., Либроком, 2009, 416 с. 5. А. Пуле, Ж-П. Матье. Колебательные спектры и симметрия кристаллов, М ., 1973 6. В.И. Малышев. Введение в экспериментальную спектроскопию, М., 1979 7. Рассеяние света в твердых телах, п/р М.Кардона, М., 1979 8. Г.Н. Жижин, Б.Н. Маврин, В.Ф. Шабанов. Оптические колебательные спектры кристаллов, М., 1984 9. М.М. Сущинский. Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов, М., 1969 10. Колебательная спектроскопия. Современные воззрения. п/р А. Барнса, М., 1981 11. Ю. И. Сиротин, М. П. Шаскольская "Основы кристаллофизики", М., 1979 12. Дж. Блейкмор Физика твердого тела, М., 1988 13. П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. Физика твердого тела, М., 2000 14. М. И. Кацнельсон, А. В. Трефилов. Динамика и термодинамика кристаллической решетки, М., 2002 15.Применение спектров комбинационного рассеяния света. п/р А.Андерсона, М., 1977. 1. 29 Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Экспериментальные методы в физике твердого тела» Сведения о переутверждении рабочей программы на текущий учебный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 30 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики «УТВЕРЖДАЮ» Декан физического факультета д.ф.-м.н., профессор ____________ Ю.Н. Журавлев «___»____________ 200__ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины специализации «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» специальности 010701 «ФИЗИКА» Факультет: Физический Курс: 4 Семестр: 7 Лекции: 36 часов Зачет: 7 семестр Лабораторный практикум: 36 часов Самостоятельная работа: 72 часов Всего: 144 часа Контрольные формы – зачет, коллоквиум, тест, контрольные работы. Промежуточные формы контроля – защита 2-х лабораторных работ. Составитель: к.ф.-м.н., доцент кафедры экспериментальной физики, А.Л. Юдин Кемерово 2008 31 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики. Протокол № ______ от «_____» ____________ 200 г. Зав.кафедрой д.ф.-м.н., профессор __________________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № _____ от «_____» ____________ 200 г. Председатель комиссии к.ф.-м.н., доцент _______________ М.Л. Золотарев 32 Пояснительная записка к курсу «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» Рабочая программа соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 010701 «Физика» (направления 510400 «Физика»), утвержденного в 2000 г. Обязательный минимум содержания: Атом водорода. Атомные орбитали. Уравнение Хартри для многоэлектронных атомов. Определитель Слейтера. Метод Хартри-Фока. Учет электронного взаимодействия в многоэлектронных атомах. Правила Хунда. Термы атомов. Метод валентных связей и молекулярных орбиталей для многоатомных молекул. Матричные элементы. Свойства и энергия молекулярных орбиталей. Электронные конфигурации двухатомных молекул. Гибридизация. Электронная корреляция. Конфигурационное взаимодействие. Неэмпирические и полуэмпирические методы расчета. Зонная теория твердых тел. Энергетическая структура решеток. Кристаллические матричные элементы. Методы расчета электронной структуры твердых тел. Методы исследования электронной структуры твердых тел: Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), Оже-электронная спектроскопия. Актуальность и значимость курса. Актуальность и значимость курса основы на необходимости владения студентами практическими навыками компьютерного моделирования соединений и квантово-химического расчета их электронной структуры, навыками математической обработки и физико-химической интерпретации результатов экспериментальных исследований электронной структуры (на примере РФЭанализа), а также необходимости владения теоретическими основами методов изучения электронных свойств твердого тела, зонной теории твердых тел и спектроскопических методов исследования твердого тела. Цель и задачи курса. Курс «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» имеет целью ознакомить студентов в рамках теории физики твердого тела с основными характеристиками электронного строения веществ: атомов, молекул и кристаллических тел, и их связью с физико-химическими характеристиками соединений. Отдельное внимание уделено организации многоатомных молекул, квантовохимическим методам расчета и экспериментальным методам исследования электронной структуры соединений. Рассмотрение этой задачи идет по пути последовательного усложнения объектов исследования: одноэлектронная система (атом водорода), многоэлектронные атомы, многоатомные молекулы, твердое тело. Практической задачей курса является формирование представлений о расчете электронной структуры твердых тел в приближенных квантовохимических методах расчета электронной структуры твердых тел (кристаллов). При изучении данной дисциплины предполагается не только изучение и применение расчетных методов квантовой химии, выполнение компьютерного моделирования, но и ознакомление студентов с современными методами исследования твердого тела (спектроскопические фотоэлектронные методы). Показаны возможности экспериментальных методов фотоэлектронной спектроскопии, в частности РФЭС, и приводится методика эксперимента и положения по интерпретации экспериментальных данных в РФЭС. Особой задачей курса является знакомство с теоретическими основами описания свойств наноструктур квантово-механическими ме- 33 тодами, знакомство студентов с физикой низкоразмерных систем и экспериментальными методы исследования металлических наноструктур. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов. Курс «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» является составной частью цикла дисциплин специализации «Физическое материаловедение» по специальности 010701 «Физика». Структура учебной дисциплины. Курс «Электронная структура атомов, молекул и твердых тел» включает в себя темы в соответствии с темпланом. Особенности изучения дисциплины. Распределение часов на теоретическое изучение материала дисциплины и лабораторный практикум равное. Изучение теоретических основ методов исследования электронной структуры и свойств соединений сопровождается привлечением современных экспериментальных методов исследования твердых тел – метода РФЭС и мощностей вычислительной техники - компьютерного моделирования и квантово-химического расчета электронной структуры. Для этого используется научная лаборатория кафедры экспериментальной техники - лаборатория фотоэлектронной спектроскопии и компьютерный класс. Лабораторный практикум направлен, в основном, на приобретение студентом практических навыков применения компьютеров для решения задач квантовой физики и химии и анализа результатов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии твердых тел. Студент получает индивидуальное задание, т.е. индивидуальную молекулу и РФЭ-спектр, для исследования их электронной структуры и интерпретации полученных результатов на обеих лабораторных работах. Второй раздел теоретической части представленного курса дает подробный обзор современного состояния методов изучения твердых тел. Задачами данной части курса является формирование представлений о теоретических основах вторичной электронной спектроскопии, аппаратуре физического эксперимента, а также анализ возможностей экспериментальных методов фотоэлектронной спектроскопии, и областей их применения, в частности возможностей РФЭС при анализе наночастиц, процессов адсорбции и т.п. Основное внимание уделяется фотоэлектронным методам, таким как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и Оже-спектроскопия. Изложены физические основы метода, проанализированы возможности применения метода к исследованию электронного строения веществ, рассмотрены наиболее характерные примеры, иллюстрирующие возможности метода, рассмотрена связь химических сдвигов в рентгеноэлектронных спектрах с особенностями электронного строения вещества, рассказано об истории становления и развития метода. Значительное место уделено изложению результатов экспериментов, в которых были установлены основные свойства изучаемых явлений. В рамках 2-ой части лабораторного практикума проводятся занятия, которые включают в себя интерпретацию реальных спектров, обработку данных РЭФ-спектроскопии и Оже-спектроскопии на компьютере, а также работу на самом современном оборудовании лаборатории фотоэлектронной спектроскопии кафедры экспериментальной физики. Курс рассчитан на студентов-физиков, имеющих подготовку по общей физике, физики атома, квантовой механики и высшей математике в объеме обычной университетской программы и смежным дисциплинам специализации. 34 Форма организации занятий по курсу. Организация занятий – традиционная, по курсу читаются лекции (2 часа в неделю) и ведутся лабораторные занятия (2 часа в неделю) в течение одного семестра. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов. Аудиторные занятия, лекции и лабораторные работы предполагают самостоятельную работу студентов по данному курсу. Для этого на лекциях выделяются дополнительные темы для самостоятельного изучения и на лабораторных работах часть заданий выполняется самостоятельно. Требования к уровню усвоения содержания курса. Понимание основ методик расчета электронной структуры веществ, знание теоретического материала и его использование на практике, владение практическими навыками работы с программными продуктами компьютерного моделирования в квантовой химии молекул. Предполагается, что после изучения этого курса студенты будут знать основные положения электронного строения атомов, молекул и твердых тел и будут способны понимать научные статьи по этой тематике. Предполагается также приобретение навыков расчетов энергетических спектров и их интерпретации. Объем и сроки изучения курса. Курс «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» читается на 4 курсе (7 семестр): лекции – 2 часа в неделю (36 часа), лабораторные работы – 2 часа в неделю (36 часов), самостоятельная работа студентов (72 часа). Виды контроля знаний и их отчетности. Усвоение материала, излагаемого на лекциях, контролируется проведением тестирования. На лабораторном практикуме защищаются 2 комплексные работы. Темы, выносимые на самостоятельное изучение, предполагают подготовку рефератов и презентаций. Итоговой аттестацией является – зачет (в традиционной форме или в виде тестирования). Критерии оценки знаний студентов по курсу. Для получения допуска к зачету по курсу «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» требуется посещение аудиторных занятий, успешное выполнение всех работ по лабораторному практикуму и коллоквиума. Зачет проводится в традиционной устной форме (собеседование) или в виде письменной контрольной работы, или тестирования. Материально-техническое обеспечение дисциплины. Компьютерный класс (10 компьютеров класса Pentium IV). Методические пособия (в том числе электронные варианты) и методические указания к лабораторным работам. Лаборатория фотоэлектронной спектроскопии кафедры экспериментальной физики с соответствующими приборами и установками для проведения лабораторных работ. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины. Наряду с классической технологией обучения, данный курс можно изучать применяя рейтинговую технологию контроля знаний студентов. Эта технология предполагает прохождение студентами ряда контрольных испытаний в течение всего курса обучения (домашнее задание, рефераты, защита лабораторных работ, коллоквиумы, теоретические опросы, тестирование). Затем, с учетом набранного количества баллов возможно выставление зачета досрочно, до сессии. Обеспеченность курса рабочими местами и оборудованием. Для обеспечения лабораторного практикума по курсу используется компьютерный класс (10 компьюте35 ров класса Pentium 4) и специализированная научная лаборатория фотоэлектронной спектроскопии кафедры экспериментальной физики. Программа курса 1. Электронное строение одноэлектронного атома: атом водорода Атом водорода и водородоподобные системы. Решение уравнения Шредингера для атома водорода, как частицы в центральном поле. Условия существования физического решения уравнения Шредингера для водородоподобного атома. Уровни энергии, главное квантовое число. Вероятность пространственного распределения электрона в атоме. Азимутальное и магнитное квантовые числа. Сферические гармоники (волновые функции), их свойства. Классификация электронных орбиталей. Энергия электрона в атоме водорода. Электронное строение атома: Атомные орбитали. Спин электрона. Полный момент движения электрона. Излучение водородоподобного атома. Правила отбора. Правило сложения механических моментов. Гиромагнитное отношение для орбитального и спинового моментов. Результирующий магнитный момент. Спинорбитальное взаимодействие. Тонкая структура линий. 2. Многоэлектронные атомы Атом гелия. Многоэлектронные атомы. Метод самосогласованного поля (ССП) Хартри. Уравнения Хартри. Спин-орбиталь. Определитель Слейтера. Симметрия волновой функции двухэлектронной системы. Уравнения Хартри-Фока. Матричные элементы. Обменный оператор. Теорема Купманса. Ограниченный и неограниченный методы Хартри-Фока. Атомные орбитали Слейтера-Зенера, Слейтера, Гаусса. 3. Электронная конфигурация многоэлектронных атомов Энергетические уровни многоэлектронных атомов. Принцип построения электронных оболочек атомов. Принцип Паули. Электронные слои и оболочки. Электронная конфигурация многоэлектронных атомов и периодическая система элементов. Правила Хунда. Атомные термы. Снятие вырождения энергетических уровней многоэлектронных атомов за счет межэлектронного взаимодействия, спин-орбитального взаимодействия, взаимодействия с внешним магнитным полем. Правила отбора при излучении многоэлектронных атомов. 4. Многоатомные системы Химическая связь в молекулах. Приближение Борна-Оппенгеймера. Адиабатическое приближение. Уравнение Шредингера для молекулы. Валентная аппроксимация. 5. Метод валентных связей Теория метода валентных связей (ВС). Расчет молекулы водорода по методу ВС. 6. Метод МО для многоатомных молекул Метод молекулярных орбиталей (МО). Уравнения Рутаана. Приближение линейных комбинаций атомных орбиталей (ЛКАО). Матричные элементы оператора полной энергии. Расчет молекулы водорода по методу МО. Волновые функции и энергии электронов в молекуле Н2 по методу МО. Связывающие и разрыхляющие состояния. Характерные особенности ковалентной и ионной связи. Метод МО для случая ионной связи. Степень ионности и ковалентности химической связи. Электронная корреляция. Конфигурационное взаимодействие. Теория возмущений. 7. Свойства и симметрийная классификация молекулярных орбиталей 36 Двухатомные молекулы. Молекулярные орбитали гомоядерных молекул. Свойства и симметрийная классификация молекулярных орбиталей (МО). Матричные элементы перекрывания АО. σ, π, δ – связи. Образование связывающих и разрыхляющих МО. Корреляционная диаграмма. Энергии МО двухатомных молекул. 8. Электронные конфигурации двухатомных молекул Электронные конфигурации двухатомных гомоядерных молекул. Электронные конфигурации гетероядерных молекул. Кратность связи. Анализ карт электронной плотности. Деформационная электронная плотность. Гибридизация орбиталей. 9. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры Общая характеристика квантово-химических методов расчета молекул. Полуэмпирические методы. Приближения полуэмпирических методов. Неэмпирический (первопринципный) метод Хартри-Фока. Классификация и характеристика полуэмпирических методов: MNDO, NDDO, CNDO, INDO, ППП, МО Хюккеля, РМХ. Сравнение точности полуэмпирических квантово-химических расчетов. Компьютерные программы расчета методов квантовой химии. 10. Электронная структура и свойства кристаллов Симметрия кристаллической решетки. Пространственная решетка. Трансляция. Решетки Браве. Обратная решетка. Зоны разрешенных значений энергии электрона в кристалле. Зона Бриллюэна. Теорема Блоха. Блоховские волны в кристалле. Квазиволновой вектор обратной решетки. Свойства волнового вектора электрона в кристалле. Зонная схема. Уравнение Шредингера для кристалла. Спектр энергии кристаллического электрона. Модель атомной цепочки с потенциальным рельефом прямоугольной формы (Модель Кронинга-Пенни). Приближения сильно и слабосвязанного электрона. Валентная зона и зона проводимости. Типы связей атомов в твердых телах. Расщепление энергетических уровней у взаимодействующих системах атомов. Характер зонной схемы ковалентных и ионных кристаллов. Приближение эффективной массы. Тензор обратной эффективной массы. Средняя скорость электрона в кристаллическом поле. Динамика кристаллической решетки. Движение носителей заряда в кристалле под действием электрического поля. Метод эффективной массы. Дисперсионные кривые для свободного электрона и электрона в кристалле. Квазичастицы. Дырки. Образование энергетических зон кристаллов. Классификация твердых тел по величине электропроводности. Энергетические зоны различных типов кристаллических тел: металлов, полупроводников и диэлектриков. Заполнение зон электронами. Энергетические зоны, скорость и плотность состояний для различных решеток. Энергетические зоны простой кубической решетки, ОЦК и ГЦК решеток. Кристаллические матричные элементы: приближение Хюккеля и метод Харрисона. Элементарная теория примесных состояний. Энергетические уровни дефектов кристаллов. Зонная структура металлов. Зонная структура тетраэдрических полупроводников в базисе атомных и связывающих - антисвязывающих орбиталей. Полная энергия кристалла. Зонная структура некоторых полупроводников (германий, кремний, арсенид галлия). 11. Электронная структура низкоразмерных систем Квантовые ямы, проволоки и точки. Физические эффекты, обусловленные размерами и размерностью нанообъектов. Плотность состояний. Потенциальные ямы. Свойства, зависящие от плотности состояний. Одноэлектронное туннелирование. 37 Электрофизические размерные эффекты. Классический размерный эффект по дебаевской длине. Квантовые размерные эффекты в тонких пленках. Размерное квантование в области пространственного заряда. Металлические нанокластеры. Теоретическое моделирование наночастиц. Электронная структура. Полупроводниковые наночастицы. Оптические свойства. Экситоны. Углеродные наноматериалы. Фуллерены и углеродные нанотрубки. Методы получения. Физические и химические свойства. Области применения. Особенности адсорбционных процессов в микро - и наноструктурах. Размерные эффекты и фазовые переходы. Зондовые методы получения и диагностики наноматериалов. Сканирующая зондовая микроскопия. Принципы действия. Особенности сканирующей туннельной, атомно-силовой, магнитно-силовой зондовой микроскопии. 12. Спектральные методы исследования элементарного состава и электронной структуры твердых тел с использованием различных электромагнитных излучений. Обзор методов физико-химического анализа поверхности Методы исследования поверхности (общий обзор и характеристика методов анализа состояния поверхности): Оже электронная спектроскопия, дифракция медленных и быстрых электронов, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов, ультрафиолетовая и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, ионнонейтрализационная спектроскопия, вторичная ионная масспектрометрия, спектроскопия обратного резерфордовского рассеяния, спектроскопия ионного рассеяния, масспектрометрия бомбардировки атомами, масспектральный анализ рассеянных нейтральных частиц, электронно-зондовый рентгеновский микроанализ, протонное возбуждение рентгеновского излучения, тонкая структура края поглощения рентгеновского излучения, термопрограммируемая десорбция, Мессбауэровская спектроскопия. Методы электронной спектроскопии. Физические основы современных методов исследования поверхности. Вторичная электронная эмиссия - основа современных методов анализа поверхности. Энергетическое распределение вторичных электронов. Спектр вторичных электронов, возбуждаемых электронным ударом. Зависимость коэффициентов вторичной электронной эмиссии и упругого отражения от энергии первичных электронов. Неупругое рассеяние электронов и поверхностная чувствительность. Распределения электронов по энергиям. 13. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (ЭСХА), электронная Ожеспектроскопия, УФЭС, ДФЭС. Физические принципы РФЭС. Качественный и количественный анализ. Учет зарядки поверхности в РФЭС (металлы, полупроводники и диэлектрики). Химические сдвиги в РФЭ-спектрах. Модели для интерпретации химсдвига. Теория фотоэмиссии. Трехступенчатая модель. Угловая зависимость фотоэмиссии. Направление и интенсивность внутреннего фотоэффекта. Интерпретация спектров (j-j связь, связь Рассела-Саундерса). Структура спектров РФЭС. Остовные уровни. Фотоэлектронные и оже-электронные полосы. Ширина пиков. Вторичная структура спектров. Пики плазмонных потерь. Мультиплетное расщепление. Рентгеновские сателли38 ты и духи. Сателлиты «shake-up» и «shake-off». Структура валентной зоны. Асимметрия остовных уровней металлов. Чувствительность к поверхностному слою. Угловые эффекты. Дифракция фотоэлектронов. Количественный элементный анализ в электронной спектроскопии. Влияние химического состояния элементов на электронные спектры. Применения РФЭС к исследованию поверхностей. РФЭС с угловым разрешением. Аппаратура РФЭС- и Оже- эксперимента (источники возбуждения, вакуумная система, анализаторы, детекторы, система автоматизации эксперимента, обработка результатов). Требования к вакууму. Техника эксперимента. 14. Оже электронная спектроскопия Физические принципы Оже-электронной спектроскопии. Основные процессы. Энергия оже-электронов свободного атома. Теоретический, полуэмпирический и эмпирический расчеты. Энергетические уровни, сдвиги и форма пиков. Энергия Ожеэлектронов в твердом теле. Химические сдвиги в Оже-спектрах. Связь химических сдвигов в рентгеноэлектронной и Оже-спектроскопии. Уширение линий в ожеспектрах твердого тела (конечное время жизни, фононное уширение, вариация энергии поляризации). Оже-спектры с участием электронов внешних зон. Количественная Оже-спектроскопия. Сечение ионизации. Коэффициент обратного рассеяния. Глубина выхода. Методы количественного анализа. ЭОС как метод анализа состава поверхности. Сопоставление ЭОС и РФЭС. Лабораторный исследовательский практикум по курсу I. Квантово-химические методы расчета электронной структуры органических молекул в программе HyperChem Задачи лабораторной работы: - знакомство с современными программными средствами квантово-химического расчета; - знакомство с основными методами и результатами современных квантово – механических расчетов; - приобретение практических навыков расчетов основных параметров химической связи молекул, составление энергетических диаграмм молекулярных орбиталей и т.д. Приборы и материалы: ПК. Состав работы: 1. Программа HyperChem. Знакомство с программой. Основное рабочее окно, инструменты и порядок работы. 1.1 Основная техника построения и редактирования объектов. 1.2 Создание небольших молекул. 1.3. Измерение параметров структур. 2. Квантово-химические расчеты в HyperChem. 2.1. Выбор метода расчета 2.1.1. Молекулярная механика. 2.1.2. Полуэмпирические методы расчета (метод Хюккеля, INDO, MNDO, PM3). Отличительные характеристики некоторых полуэмпирических методов расчета. 39 2.1.3. Неэмпирический (первопринципный) расчет методом Хартри-Фока. Основание для выбора типа базисного набора в неэмпирическом методе Хартри-Фока. 2.2. Оптимизация геометрии молекулы. Анализ строение молекулы. Расчет молекулярных координат (длин связей, валентных и торсионных углов). Сравнение с экспериментальными данных для подобных соединений и оценка точности расчета. 2.3. Расчет электронной структуры и спектров молекул (дипольного момента, эффективных зарядов атомов и реакционных центров молекулы, карты электронной плотности - электростатического потенциала, карты полной зарядовой плотности – молекулярного потенциала, построение диаграммы энергетических уровней (орбиталей), графическое изображение молекулярных орбиталей ВЗМО и НВМО). Сопоставляя длины связей, заряды атомов, карты плотностей качественно оценить степень ковалентности/ионности связей в исследуемой молекуле. 2.4. Определение нуклеофильных и электрофильных свойств молекулы. Расчет жесткости и мягкости молекул 2.5. Определение энергетических характеристик (энергии взаимодействия атомных ядер, теплоты образования, электронной энергии, полной энергии). 2.6. Получение и анализ ЛКАО (линейной комбинации атомных орбиталей) для МО ВЗМО и НВМО. 2.7. Дополнительные расчеты 2.7.1. Сольвация молекул. Молекулярная динамика. 2.7.2. Учет электронной корреляция и конфигурационного взаимодействия. 2.7.3. Расчет электронного и вибрационного (колебательного) спектров. 2.7.4. Расчет возбужденных состояний и энергии возбуждения. 2.7.5. Расчет энергии протонирования. 2.7.6. Метод функционала плотности. Задание: Моделирование геометрии и расчет электронной структуры азотосодержащих гетероциклических соединений стабилизаторов фотоэмульсий (НБИ, ФМТ, НИ, ТАИ и т.п., по выбору преподавателя). Методические указания приведены в пособии. II. Анализ экспериментальных данных в РФЭС и интерпретация результатов. Задачи лабораторной работы: - знакомство с современными программными средствами обработки спектральных линий; - приобретение практических навыков обработки РФЭ-спектров, калибровки спектров (учета зарядки), выполнения количественного анализа данных РФЭС, химической интерпретации данных РФЭ-спектроскопии. Приборы и материалы: ПК, справочные материалы и атлас РФЭ-спектров. 40 Состав работы: 1. Получение и исследование высокого вакуума. 2. Экспериментальная техника, источники излучения, энергоанализаторы, детекторы и система сбора и обработки информации в РФЭС. 3. Электронный спектрометр ЭС-3201, подготовка вакуумной системы к работе, запись РФЭ-спектра. 4. Метод РФЭС. Исследование фотоэффекта с остовных уровней. 5. Математическая обработка фотоэлектронных линий на компьютере с помощью программных средств. 6. Определение зарядки поверхности облучаемых образцов. 7. Идентификация состояний элементов. 8. Определение химического сдвига электронных уровней атомов в различных химических окружениях и его интерпретация. 9. Количественный анализ данных РФЭС. 10. Анализ спин-орбитального расщепления в РФЭ-спектрах. 11. Анализ Оже-спектров в РФЭС. Модифицированный параметр Вагнера. 12. Интерпретация данных Оже-спектроскопии и РФЭС в химико- и физикоматериаловедческих задачах. Задание: Провести математическую обработку РФЭ-спектров представленного по выбору преподавателя соединения (образцы пироэлектриков, сегнетоэлектриков, МК галогенидов серебра, прочие кристаллические твердые тела). Затем выполнить химическую интерпретацию полученных данных (отнести РФЭ-спектры к электронным уровням элементов, выполнить качественных и количественный анализ, установить химическую формулу вещества). Методические рекомендации представлены в пособии. Контрольно-измерительные материалы. Вопросы на зачет/экзамен 1. Атом водорода. Квантово-механическое рассмотрение. 2. Многоэлектронные атомы. Метод самосогласованного поля Хартри. 3. Определители Слэтера. Метод Хартри-Фока. 4. Энергетические уровни многоэлектронных атомов. Правила Хунда. Атомные термы. 5. Приближение Борна-Оппенгеймера. Метод валентных связей. 6. Метод молекулярных орбиталей. Молекула H2. 7. Молекулярные орбитали гомоядерных молекул. 8. Энергетические уровни гомоядерных молекул (H2, Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2,). 9. Энергетические уровни гетероядерных молекул. 10. Гибридизация. 11. Метод конфигурационного взаимодействия. Электронная корреляция. 12. Полуэмпирические методы расчета молекул. 13. Симметрия кристаллических решеток. Ячейка Вигнера-Зейтца. Обратная решетка. Зоны Бриллюэна. 14. Блоховские волны в кристалле. 41 Плотность состояний электрона в кристалле. Приближение слабо связанного электрона. Приближение сильно связанного электрона. 17. Приближение эффективной массы. Понятие квазичастицы. «Дырки» в кристалле. 18. Энергетические зоны, скорость и плотность состояния электронов в простой кубической решетке. 19. Энергетические зоны, скорость и плотность состояния электронов в объемноцентрированной кубической решетке. 20. Кристаллические матричные элементы. Методы расчета энергетических характеристик кристаллов. 21. Энергетические зоны различных кристаллов: металлы, полупроводники, изоляторы. 15. 16. Обзор методов анализа поверхности твердых тел. Методы электронной спектроскопии. Метод РФЭС – электронная спектроскопия для химического анализа. РФЭС. Техника и методика эксперимента Физические основы метода РФЭС Методика учета зарядки поверхности образцов. Калибровка спектров РФЭС по энергии связи. Метод стандартов. 28. Количественный анализ данных РФЭС. 29. Анализ РФЭ-спектров. Химические сдвиги. 30. Закономерности в интерпретации рентгеноэлектронных спектров. 31. Основные положения по интерпретации фотоэлектронных спектров. 32. Модели химического сдвига фотоэлектронных линий. 33. Ширина фотоэлектронной линии. 34. Структура спектра РФЭС. Сателлиты РФЭ-спектра. 35. Многочастичные (многоэлектронные) процессы в РФЭС. Мультиплетное расщепление внутренних уровней. 36. Оже-спектроскопия. Химические сдвиги Оже-линий. 37. Экспериментальный учет энергии внутриатомной релаксации. 38. Основные математические процедуры обработки спектров. Контрольные задания 1. Записать выражение и сделать рисунок для следующих орбиталей (запись через кубические гармоники): 2px, 3dz2, 4s. Указать энергию электрона на этой орбите в атоме водорода. 2. Записать гамильтониан с учетом спин-орбитального взаимодействия для атомов: 3Li, 5 B, 4Be и ионов 2He+, 6С+, 4Be2-. 3. Записать многоэлектронную волновую функцию для атомов: 5В, 3Li, 6C и ионов 9F-, 2 He2-, 6С-. 4. Определить терм основного состояния и записать соответствующую многоэлектронную волновую функцию для атомов и ионов: 5B, 11Na , 12Mg+2, 7N, 12Mg, 8O-, 10 Ne, 9F+, 7N+. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 42 5. Определить все возможные термы атома 8О, 5В, 6С и нарисовать схематическую диаграмму энергий термов. 6. Определить все возможные термы и записать определитель Слейттера для терма основного состояния следующих атомов и ионов: 8О+, 9F-2, 7N+2. 7. Записать электронную конфигурацию и нарисовать распределение электронов молекулярным уровням (диаграмму МО) для молекул: С2, N2, О2, F2. Определить кратность связи. 8. Что такое связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали? 9. Чем отличается запись волновой функции в методах валентных связей и молекулярных орбиталей? 10. Чем принципиально отличаются уравнения Хартри-Фока от уравнений Рутаана? 11. Записать МО (молекулярную орбиталь) в приближении ЛКАО для молекулы: LiH, СО. 12. Записать многоэлектронную волновую функцию в методе валентных связей для молекулы HF (для атома F взять в рассмотрение -электроны). 13. Из каких атомных орбиталей (АО) формируются и МО (молекулярные орбитали) в гомоядерных (гетероядерных) двухатомных молекулах? 14. Записать определитель Слейттера для атомов в основном состоянии с электронной конфигурацией: 1S22S22P1, 1S22S22P2, 1S22S22P3. 15. У какой молекулы энергия диссоциации больше: Li2 или Li2+, O2 или O2-, F2 или F2-, B2 или B2+, O2 или N2. 16. Записать волновые функции основного состояния для молекулы F 2, N2 в методах МО и ВС (в качестве атомной функции для построения многоэлектронной волновой функции взять последнюю АО атома фтора или азота - антисвязывающую). 17. Что такое зона Бриллюэна? Рассчитайте зону Бриллюэна для простой кубической решетки в одномерной случае. 18. Записать Блоховскую волновую функцию для кристаллического электрона? 19. Выражение для энергии электрона в кристалле в методе слабой связи следующее: V 2 (k n ) 2k 2 E (k ) 2 2 me n (( k k n ) 2 k 2 ) 2 me Чем отличается это выражение отличается от энергии свободного электрона и с какой особенностью функции Е(к) это связано? 20. Определите тензор обратной эффективной массы? 21. Что такое плотность состояний. Найти выражение для плотности состояний N(E) в случае следующий законов дисперсии энергии электрона: а). 2k 3 E (k ) 2m e , б). E(k)=Eс+h2k2/m8 . (1-2k2). 22. Чем отличается зонная структура проводников и диэлектриков? Продемонстрировать характер заполнения энергетических зон. 23. Чем отличается зонная структура проводников и полупроводников? Продемонстрировать характер заполнения энергетических зон. 43 24. Чем отличается зонная структура полупроводников и диэлектриков? Продемонстрировать характер заполнения энергетических зон. 25. Энергия электрона в S-зоне а). простой, б). объемоцентрированной и в). гранецентрированной кубической решетки равна соответственно: а). 0 C 2 A(cos ak x cos ak y cos ak z ) , б). 0 C 8 A cos akx cos 2 в). 0 C 4 A(cos ak y 2 cos ak z 2 и ak y ak y ak x ak ak ak cos cos x cos z cos cos z ) . 2 2 2 2 2 2 Найти ширину зоны, точки max и min энергии, разложить (k) в ряд вблизи min энергии и найти m* (в разложении оставить слагаемые порядка k 2), записать выражение для скорости электрона. 26. Вблизи экстремума энергии кристаллический электрон имеет эффективную массу 0.1me. Записать выражение для энергии и импульса этого электрона. 27. Базисные вектора решетки имеют координаты а1, а2, а3 (где а - длина ребра куба). Является ли вектор к вектором обратной решетки? а). а1=а/2(0,1,1); а2=а/2(1,0,1); а3=а/2(1,1,0); k=4/а(1,-1,1). ГЦК-решетка б). а1=а/2(1,1,-1); а2=а/2(1,-1,1); а3=а/2(-1,1,1); k=4/а(1,1,0). ОЦК-решетка 28. Базисные вектора решетки имеют координаты а1, а2, а3 (где а - длина ребра куба). Принадлежит ли вектор к первой зоне Бриллюэна? а). а1=а/2(0,1,1); а2=а/2(1,0,1); а3=а/2(1,1,0); k=4/а(2,0,1). ГЦК-решетка б). а1=а/2(1,1,-1); а2=а/2(1,-1,1); а3=а/2(-1,1,1); k=4/а(2,0,1). ОЦК-решетка 29. Методы расчета кристаллических матричных элементов. Расчет энергетических характеристик ковалентных кристаллов. Список основной учебной литературы 1. Минкин В.И., Симкин Б.Я, Миняев Р.М. Теория строения молекул. – М.: Высшая школа, 1979. -408 с. 2. Минкин В.И., Симкин Б.Я, Миняев Р.М. Теория строения молекул. / Серия «Учебники и учебные пособия» – Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.-560 с. 3. Минкин В. И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М.. Квантовая химия органических соединений: Механизмы реакций. – М.: Химия, 1986.-246с. 4. Харрисон У. Электронная структура и свойства твердых тел. В 2-х т. – М.: Мир, 1983. 5. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. – М.: Наука, 1978. 6. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Высшая школа, 1975. 7. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1979. - 792 с. 8. П.В. Павлов, А.Ф. Хохлов Физика твердого тела: Учеб. – 3-е изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2000. – 494 с. 9. Мелешина А.М. Курс квантовой механики для химиков. Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1980. -215с. 10. Харрисон. У. Теория твердого тела. М.: Мир, 1972, 616 с. 11. Дж. Маррел, С. Кеттл, Дж. Теддер Химическая связь, - М., Мир, 1980. 12. Краснов К.С. Строение молекул и химическая связь. М: Высшая школа, 1985. 13. Краснов. К.С. Молекулы и химическая связь: Учеб. пособие. 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1984. – 275 с. 44 14. Дж. Слэтер. Диэлектрики, полупроводники, металлы. М.: Мир, 1969. -648 с. 15. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроско- пии / Под ред. Д. Бриггса, М.П. Сиха.- М.: Мир, 1987.- 600 с. 16. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности.- М.: Мир, 1989.- 564 с. 17. Нефедов В.И., Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел.- М.: Наука, 1983.- 296 с. 18. Зигбан К. Электронная спектроскопия. / К. Зигбан, К. Нордлинг, А. Фальман и др. – М.: Мир, 1971. -458 с. 19. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел. / под ред. Л. Фирменса, Дж. Вэнника и В. Декейсера : пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - 467 с. 20. Карлсон Т. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия. - Л.: Машиностроение, 1981. 431 с. 21. Немошкаленко В. В., Алешин В. Г. Электронная спектроскопия кристаллов. / В. В. Немошкаленко, В.Г. Алешин. - К.: Наукова думка, 1976. - 335 с. 22. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная и фотоэлектронная спектроскопия. М.: Знание, 1983. 23. Нефедов В.И. Электронные уровни химических соединений. М.: ВИНИТИ, 1975. (Сер. Строение молекул и химическая связь.) 24. Бейкер А., Беттеридж А. Фотоэлектронная спектроскопия. М.: Мир, 1975. 25. Введение в физику твердых тел. Часть 3: Зонная теория твердых тел: Учеб.-метод. пособие / ГОУ ВПО "Кемеровский государственный университете"; сост. А.Л. Юдин. – Кемерово, 2001. -40 с.,А.Л. Юдин,2001,50 26. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия: Учеб.-метод. пособие / ГОУ ВПО "Кемеровский государственный университете"; сост. А.Л. Юдин. – Кемерово, 2004. -47 с.,А.Л. Юдин,2004,25 27. Конспект лекций по курсу «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» в формате MS Word (доступно на phys.kemsu.ru).,А.Л. Юдин,2008,электронный вариант 28. Материалы электронных мультимедийных презентаций на компьютере по курсу "Электронная структура атомов, молекул и наночастиц" в формате MS PowerPoint (доступно на phys.kemsu.ru).,А.Л. Юдин,2008,электронный вариант 29. Тексты тестовых заданий по курсу «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» в формате MS Word (доступны на phys.kemsu.ru).,А.Л. Юдин,2008,электронный вариант 30. Квантово-химические методы расчета электронной структуры органических молекул в программе HyperChem: Методические указания к лабораторной работе / Кемерово: КемГУ, 2008. – 24 с.,А.Л. Юдин,2008,электронный вариант 31. Анализ экспериментальных данных в РФЭС и интерпретация результатов: Методические указания к лабораторной работе / Кемерово: КемГУ, 2008. – 24 с.,А.Л. Юдин,2008,электронный вариант Список дополнительной учебной литературы 1. Киреев П.С. Физика полупроводников. –М.: Высшая школа, 1975 . - 584 с. 45 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. -М.: Наука,1990. - 688 с. Шалимова К.В. Физика полупроводников . -М.: Энергоатомиздат, 1985.- 392 с. Слетер Дж. Электронная структура молекул. –М.: Мир, 1965.-345с. Л. Цюлике. Квантовая химия: Основы и общие методы. - Т.1. -М.: Мир, 1976.512с. Фларри Р. Квантовая химия. – М.: Мир, 1985.-472с. Клопман Г., Иванс Р. Методы пренебрежения дифференциальным перекрыванием. Полуэмпирические методы расчета электронных структур. - Т.2.-М.: Мир, 1980.-437с. Базилевский М.Б. Метод молекулярных орбиталей и реакционная способность органических молекул. – М.: Химия, 1969.-303с. Мак-Вини Р., Сатклиф Б. Квантовая механика молекул. -М.: Мир, 1972.-380с. Хабердитцл В. Строение молекул и химическая связь. –М.: Мир, 1974.-296с. Коулсон Ч. Валентность. – М.: Мир, 1965.-426с. Банкер Ф. Симметрия молекул и молекулярная спектроскопия. – М.: Мир, 1981.451с. Карапетьянц М.Х., Дракин С. И. Строение вещества. – М.: Высшая школа, 1978.304с. Счастнев П. В. Теория электронных оболочек молекул. – Новосибирск: НГУ, 1973. -143с. Соколов, А.А., Тернов, И.М., Жуковский В.Ч. Квантовая механика. –М.: Наука, 1979. Заградник, Р., Полак, Р. Основы квантовой химии. М.: Мир, 1979. 504с. Абаренков, И.В., Братцев, В.Ф., Тулуб, А.В. Начала квантовой химии. Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1989. – 303 с. Балашов, В.В., Долинов, В.К. Курс квантовой механики. – М.: Изд-во Моск. унта, 1982. – 280 с. Кларк Т. Компьютерная химия. – М.: Мир, 1990. – 381 с. Гордон А., Форд, Р. Спутник Химика. – М.: Мир, 1976. – 511с. Кукушкин Ю.П., Маслов Е.И. Строение атома и химическая связь, Л. 1973 Терешин Г.С. Химическая связь и строение вещества. -М.: Просвещение, 1980. Дж. Спайс Химическая связь и строение. -М.: Мир, 1966. Р. Дикерсон., Г. Грей, Дж. Хейт Основные законы химии. т.1. -М.: Мир, 1982. В.Г. Цирельсон. Химическая связь и тепловое движение атомов в кристаллах. М.: Винити, 1993. И.Б. Берсукер. Электронное строение и свойства координационных соединений. -Л: Химия, 1986. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. - М.: Техносфера, 2004. Асеев А.Л. (отв. ред.) Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. – М.: Издательство: СО РАН, 2004. Киселев В.Ф., Козлов С.Н., Зотеев А.В. Основы физики поверхности твердого тела. – М.: Изд-во МГУ, 1999. Неволин В.К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии.- М.: 1996. 46 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века/ Харрис П.;Пер.с англ. под ред. и с доп. Чернозатонского Л.А..- М.: Техносфера, 2003. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Изд-во НИСО УрО РАН, 1998, 199 с. C. Моррисон. Химическая физика поверхности твердого тела. -М.: Мир, 1980. Э. Зенгуил. Физика поверхности. -М.: Мир, 1990. Ф. Бехштедт, Р. Эндерлайн. Поверхности и границы раздела полупроводников. М.: Мир, 1990. Р. Хофман. Строение твердых тел и поверхностей. -М.: Мир 1990. М. Джейкок, Дж. Прафит. Химия поверхностей раздела фаз. -М.: Мир, 1984. М. Грин. Поверхностные свойства твердых тел. -М.: Мир, 1996. Ковалев А.И., Щербединский Г.В. Современные методы исследования поверхности металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1989.- 192 с. Мазалов Л.Н. Рентгеноэлектронная спектроскопия и ее применение в химии // Соросовский образовательный журнал, т.6, №4, 2000. с. 37-44. Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности: пер с англ. / Ж.Д. Карет, Б. Фейербахер, Б. Фиттон и др. Под ред. Х. Ибаха.- Рига: Зинетне, 1980.- 315 с. Wagner C. D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy / C. D. Wagner, W. M. Rigus, e. a. Physical electronics Div., Perkin-Elmer Corp., Eden Prairie, MN, 1979. Davis L.E., MacDonald N.C. et al., Handbook of Auger Electron Spectroscopy, 2nd edition, Physical Electronics inc., Eden Prarie, Minn, 1976. Бажанова Н.П., Кораблев В.В., Кудинов Ю.А. Актуальные вопросы вторичноэмиссионной спектроскопии. Учебное пособие.- Л.: ЛПИ, 1985.- 88 с. Еловиков С.С. Электронная спектроскопия поверхности и тонких пленок: Учеб. пособие.- М.: Изд-во МГУ, 1992.- 94 с. Лифшиц В.Г. Электронная спектроскопия и атомные процессы на поверхности кремния. -М: Наука, 1985.- 200 c. Фельдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок.- М.: Мир, 1989.- 564. Физические основы, аппаратура и методы электронной спектроскопии: Метод. указания к лабораторным работам по курсу “Физические основы электронной техники”. Сост. Паршин А.С.- Красноярск: САА, 1993. - 28 с. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1982.- 608 с. Шульман А.Р., Фридрихов С.А. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела.- М.: Наука, 1977.- 551 с. Л.Н. Мазалов. Рентгеновские спектры и химическая связь. –Новосибирск: Наука, 1982. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений: справочник. – М.: Химия, 1984. – 255 с. Г.М. Жидомиров (ред.). EXAFS-спектроскопия: рентгеноспектральный метод изучения структуры аморфных тел. -Новосибирск: Наука, 1988. 47 54. 55. И.М.Тернов, В.В. Михайлин. Синхротронное излучение. Теория и эксперимент. –М.: Энергоатомиздат, 1986. Электронный спектрометр ЭС-3201. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Электронная структура атомов, молекул и наночастиц» ведения о переутверждении рабочей программы на текущий уче бный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 48 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики «Утверждаю» Декан физического факультета _____ Ю.Н.Журавлев «___» ___________ 200_ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА курса: «Физика полупроводников и диэлектриков» для специальности 01 07 00 – Физика факультет: Физический курс 4 семестр 8 Лекции Лабраторные занятия Самостоятельная работа Всего часов зачет 8 (семестр) 36 ч 36 ч 28 ч 100 Составитель: доцент каф.эксп.физики Сергеева И.А. Кемерово, 2008 49 Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010701 «Физика». Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики Протокол № ____ от «___» ____________ 2008 г. Зав. кафедрой д.ф.-м.н. профессор ___________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № ____ от «___» ___________ 2008 г. Председатель к.ф.-м.н. доцент М.Л. Золотарев 50 Пояснительная записка к курсу «Физика полупроводников и диэлектриков» Актуальность и значимость курса. Курс "Физика полупроводников и диэлектриков" является одной из составляющей подготовки специализации «Материаловедение». Помимо фундаментального значения, курс имеет прикладную направленность, благодаря чему он необходим как будущим научным работникам, преподавателям, так и практическим специалистам. Цели и задачи изучения курса. Курс "Физика полупроводников и диэлектриков" является дисциплиной специализации «Физическое материаловедение». Данный курс является продолжением курсов по специализации " Физическое материаловедение" и имеет цель в рамках курса физики твердого тела ознакомить студентов с основными понятиями о типах дефектов в твердых телах, кинетическими и контактными явлениями в твердых телах, явлениями переноса. Формирование базовых знаний в области методов и теории, обеспечивающих фундаментальные основы современных приложений в различных сферах деятельности. Студент должен овладеть как универсальными (общенаучными), так и инструментальными компетенциями в области приложения методов теории и практики. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов. При изучении курса подводятся итоги изучения дисциплин специальности и специализации в области теории твердого тела; приоритет отдается методам и их применению к конкретным задачам физики твердого тела. Структура учебной дисциплины. Учебная дисциплина включает в себя лекции, разбитые на восемь тем, и самостоятельную работу студентов. Изучаемые темы: Теория дефектов в кристаллических твердых телах. Поляризация диэлектриков в постоянном и переменном электрических полях, кинетические явления в полупроводниках, рекомбинация, гальваномагнитные явления. Самостоятельная работа студентов заключается в подготовке к докладам на семинарских занятиях по избранным темам, составляемым на первых занятиях по рекомендации руководителей дипломных работ студентов. Особенности изучения дисциплины. Межпредметные связи. Настоящий курс составлен для физиков-экспериментаторов, поэтому в нем выдержаны пропорции между математическим аппаратом и физическим содержанием. Основная направленность курса и выбор разделов курса связан с возможностью практического усвоения излагаемого материала в лабораториях специализации. Поэтому освоение материала курса следует рассматривать как важный этап в освоении физики и практики конденсированного состояния. Требования к уровню усвоения содержания курса. Студенты должны овладеть следующими компетенциями: Обязательный минимум содержания: Типы дефектов в твердых телах. Концентрация дефектов. Электрическое поле в диэлектриках. Диэлектрическая проницаемость. Поляризация в твердых телах. Ионная проводимость. Уравнение Клаузиуса - Мосотти. Диэлктрические потери. Рассея- 51 ние носителей заряда. Кинетические явления в полупроводниках. Кинетическое уравнение Больцмана. Время релаксации. Кинетические коэффициенты. Электропроводность. Гальваномагнитные эффекты. Эффект Холла. Рекомбинация носителей заряда. Механизмы рекомбинации. Люминесценция. Виды контроля знаний и их отчетности. Контроль знаний осуществляется путем проверки конспектов, решения задач, ответов на вопросы, привлечения к обсуждению всей аудитории, Выполнения лабораторного практикума. Заключительная форма контроля – зачет. Критерии оценки знаний студентов по семинару. Для получения допуска к зачету требуется посещение аудиторных занятий, отработки пропущенных занятий в форме предоставления в письменном виде материалов, из которых следует, что он самостоятельно полно проработал соответствующую тему. Зачет проставляется при условии качественного усвоения всех тем и выполнения лабораторного практикума. Программа курса «Физика полупроводников и диэлектриков». Внешнее и среднее поле в диэлектрике. Локальное поле. Поле Лоренца. Уравнение Клаузиуса - Мосотти (1 час). Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости. Дипольная поляризуемость для полярного газа и жидкости (1 час). Поляризация твердых ионных диэлектриков. Переходные процессы при включении и выключении поля (2 часа). Связь между релаксационной и дипольной поляризацией. Поляризация при непрерывном изменении внешнего поля (1 час). Активная и реактивная поляризация в синусоидальном поле. Отставание релаксационной поляризации по фазе от поля (1 час). Диэлектрические потери в диэлектриках с релаксационной поляризацией и сквозной проводимостью. Тангенс угла диэлектрических потерь (1 час). Комплексная диэлектрическая проводимость. Диаграмма Коула - Коула. Формулы Дебая. Время релаксации и функция распределения времен релаксации (1 часа). Изотермы тангенса угла диэлектрических потерь от частоты. Информация, получаемая из эксперимента. Экспериментальные данные (1 час). Зависимость комплексной диэлектрической проницаемости от частоты. Информация, получаемая из эксперимента. Экспериментальные данные (1 час). Примеры разложения Дебаевских потерь на элементарные составляющие (1 час). Дефекты кристаллов. Точечные дефекты. Классификация дефектов по размерам искажаемой области. Классификация точечных дефектов. Дефекты по Шоттки и по Френкелю. Расчет концентрации дефектов (1 час). Концентрация дефектов в чистых и примесных кристаллах. Химический потенциал дефектов, закон действия масс, константы равновесия, энтальпии образования (1 час). Диффузия и подвижность дефектов, закон Фика. Механизмы диффузии, диффузия по свободным вакансиям, по парам вакансий, по парам примесь - вакансия, диффузия изовалентных и гетеровалентных ионов, коэффициент диффузии, энтальпии переноса (2 часа). Ионная проводимость. Уравнение Нернста - Эйнштейна. Температурная зависимость, изотермы относительной проводимости, собственная и структурно-чувствительная области, влияние иновалентных примесей. Метод радиоактивных изотопов (2 часа). Измерение ионной проводимости эмульсионных микрокристаллов методом диэлектри-ческих потерь. Зависимость ионной проводимости и энергии активации проводимости от размеров, габитуса, стехиометрии, адсорбции фото-активных веществ (1 час). Равновесные носители заряда в полупроводниках. 52 Функция распределения Ферми-Дирака, плотность квантовых состояний, концентрация электронов и дырок. Собственный, примесный полупроводник, степень заполнения примесных уровней. Зависимость положения уровня Ферми от концентрации примеси и температуры, вырожденные и невырожденные полупроводники (2 часа). Рассеяние носителей заряда в кристаллах, механизмы и центры рассеяния, сечение рассеяния (2 часа). Кинетические явления, классификация. Неравновесная функция распределения, кинетические уравнение Больцмана, время релаксации, решение кинетического уравнения Больцмана методом времени релаксации, кинетические коэффициенты (2 часа). Электропроводность полупроводников, удельная электрическая проводимость, зависимость подвижности носителей заряда от температуры (2 часа). Гальвано - магнитные эффекты, эффект Холла, коэффициент Холла, Холл-фактор, магниторезистивный эффект (2 часа).Термоэлектрические эффекты, эффект Зеебека, эффект Томсона, теплопроводность (1 час). Неравновесные носители заряда. Функция распределения, квазиуровни Ферми, генерация носителей. Максвелловское время релаксации (2 часа). Рекомбинация носителей заряда, виды рекомбинации, межзонная рекомбинация, рекомбинация через ловушки, линейная и квадратичная рекомбинация (2 часа). Люминесценция кристаллических полупроводников и диэлектриков. Типы люминесценции, внутрицентровая и рекомбинационная люминесценция. Центры люминесценции, примесная люминесценция, спектры люминесценции, стоксов сдвиг, модель потенциальных кривых центра люминесценции, тушение люминесценции (2 часа). Рекомбинационная люминесценция. Релаксация люминесценции, кинетика затухания первого и второго порядка (2 часа). Ловушки захвата и рекомбинации носителей заряда, классификация, демаркационные уровни, центры окраски. Релаксация рекомбинационной люминесценции при наличии ловушек захвата и рекомбинации, зависимость от температуры, температурная стимуляция рекомбинационной люминесценции (2 часа). Методы определения параметров ловушек носителей заряда, люминесцентные методы, метод термостимулированной люминесценции, информативность метода (1 час). Контрольно-измерительные материалы Контрольные задания по курсу «Физика полупроводников и диэлектриков» 1. Классификация дефектов. 2. Расчет концентрации дефектов. 3. Диффузия дефектов, законы Фика. 4. Подвижность. Уравнение Нернста-Эйнштейна. Метод радиоактивных изотопов. 5. Ионная проводимость. Температурная зависимость проводимости. Энергия активации. 6. Изотермы относительной проводимости. 7. Поляризация диэлектриков в постоянном электрическом поле. 8. Локальное поле. Поле Лоренца. 9. Уравнение Клаузиуса-Моссотти. Поляризуемость. 10. Поляризация полярного газа и полярной жидкости. 11. Поляризация твердого ионного диэлектрика. 12. Поляризация диэлектриков в переменном электрическом и синусоидальном поле. 13. Диэлектрические потери. Формулы Дебая. 53 14. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Схемы замещения. 15. Диэлектрические потери при наличии нескольких времен релаксации. 16. Равновесные и неравновесные носители заряда в полупроводниках. 17. Функция распределения Ферми-Дирака. Концентрация электронов и дырок в полупроводниках. 18. Рассеяние носителей заряда в кристаллах 19. Кинетические явления в твердых телах. Классификация. 20. Кинетическое уравнение Больцмана. 21. Время релаксации. Кинетические коэффициенты. 22. Электропроводность полупроводников. Подвижность носителей заряда. 23. Гальвано - магнитные эффекты. Эффект Холла. Магниторезистивный эффект. 24. Термоэлектрические эффекты. Эффекты Зеебека и Томсона. Теплопроводность. 25. Неравновесные носители заряда. Функция распределения. Квазиуровни Ферми. Генерация носителей 26. Рекомбинация носителей заряда. Виды рекомбинации. 27. Люминесценция кристаллических полупроводников и диэлектриков. Типы люминесценции. 28. Рекомбинационная люминесценция. Релаксация люминесценции. 29. Ловушки захвата и рекомбинация носителей заряда. Классификация. Релаксация рекомбинационной люминесценции. 30. Люминесцентные методы. Метод термостимулированной люминесценции. Задачи по курсу «Физика полупроводников и диэлектриков» 1. Вычислить вектор поляризации данного газа. Известны масса, дипольный момент его молекул при нормальных условиях. Газ помещен в плоский конденсатор с известной площадью пластин, расстояние между пластинами d, поле в конденсаторе напряженностью Е. 2. Рассчитать концентрацию релаксаторов при данной температуре для кубического ионного кристалла, если известны его диэлектрическая проницаемость, оптический показатель преломления и размер диполя. 3. Рассчитать концентрацию дефектов по Френкелю для микрокристалла хлорида серебра определенного размера, имеющего ГЦК решетку с известной постоянной, при определенной температуре, (в какой подрешетке образуются дефекты по Френкелю, как подсчитать число узлов и межузельных положений?). Энергия образования пары дефектов - 1,42 эВ. 4. Из предложенных экспериментальных данных построить зависимости мнимой и действительной части диэлектрической проницаемости от логарифма частоты, зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости от действительной. Найти значение частоты максимума диэлектрических потерь, статическую и оптическую диэлектрическую проницаемость. 5. Энергия активации диффузии равна - 0,87 эВ, Do = 0,02 см2/с. Рассчитать подвижность и ионную проводимость 50 мг заряженных ионов натрия при температуре 300 К. 54 6. Диэлектрическая проницаемость воды при температуре 0°С равна 88, дипольный момент молекулы - 1,87 Д. Вопросы к зачету по курсу «Физика полупроводников и диэлектриков» 1. Классификация дефектов. 2. Расчет концентрации дефектов. 3. Диффузия дефектов, законы Фика. 4. Подвижность. Уравнение Нернста-Эйнштейна. Метод радиоактивных изотопов. 5. Ионная проводимость. Температурная зависимость проводимости. Энергия активации. 6. Изотермы относительной проводимости. 7. Поляризация диэлектриков в постоянном электрическом поле. 8. Локальное поле. Поле Лоренца. 9. Уравнение Клаузиуса-Моссотти. Поляризуемость. 10. Поляризация полярного газа и полярной жидкости. 11. Поляризация твердого ионного диэлектрика. 12. Поляризация диэлектриков в переменном электрическом и синусоидальном поле. 13. Диэлектрические потери. Формулы Дебая. 14. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Схемы замещения. 15. Диэлектрические потери при наличии нескольких времен релаксации. 16. Равновесные и неравновесные носители заряда в полупроводниках. 17. Функция распределения Ферми-Дирака. Концентрация электронов и дырок в полупроводниках. 18. Рассеяние носителей заряда в кристаллах 19. Кинетические явления в твердых телах. Классификация. 20. Кинетическое уравнение Больцмана. 21. Время релаксации. Кинетические коэффициенты. 22. Электропроводность полупроводников. Подвижность носителей заряда. 23. Гальвано - магнитные эффекты. Эффект Холла. Магниторезистивный эффект. 24. Термоэлектрические эффекты. Эффекты Зеебека и Томсона. Теплопроводность. 25. Неравновесные носители заряда. Функция распределения. Квазиуровни Ферми. Генерация носителей 26. Рекомбинация носителей заряда. Виды рекомбинации. 27. Люминесценция кристаллических полупроводников и диэлектриков. Типы люминесценции. 28. Рекомбинационная люминесценция. Релаксация люминесценции. 29. Ловушки захвата и рекомбинация носителей заряда. Классификация. Релаксация рекомбинационной люминесценции. 30. Люминесцентные методы. Метод термостимулированной люминесценции. Рекомендуемая литература: 1. Сканави Г.И.. Физика диэлектриков (область слабых полей). – Л.: ГИТТЛ, 1949. – 500 с. 2. Богородицкий Н.П., Волокобинский Ю.М., Воробьев А.А., Тареев Б.М. Теория диэлектриков.- М.: Энергия, 1965. – 342 с. 55 3. Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. – Л.: Изд-во Ленинградского унта, 1979. – 240 с. 4. Воробьев Г.А. Физика диэлектриков, область сильных полей. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 1977. 5. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. - М.: Высшая школа, 1977. – 448 с. Рекомендуемая литература (дополнительная): 1. Сканави Г.И.. Физика диэлектриков (область сильных полей). – М.: ГИФМЛ, 1958. – 908 с. 2. Губкин А.Н. Физика диэлектриков. – М.: Высшая школа, 1971. – 272 с. 3. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. – М.: Энергоиздат, 1982. – 320 с. 4. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. – М.: Радио и связь. – 1989. 5. Солимар Р., Уолш Д. Лекции по электрическим свойствам материалов. – М.: Мир, 1991. – 504 с. 6. Воробьев Г.А. Свойства диэлектриков. – Томск: Изд-во ТУСУР, 2002. – 127 с. Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Физика полупроводников и диэлектриков» ведения о переутверждении рабочей программы на текущий уче бный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 56 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики УТВЕРЖДАЮ: Декан физического факультета Д.ф.-м.н., проф. Ю.Н. Журавлев ________________ «___» ________2008 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по курсу «Эмиссионные методы анализа» для специальности 010701 «Физика» факультет: Физический Курс: 4 Семестр: 8 Лекции: 18 час. Лабораторные работы: 18 час. Самостоятельная работа: 20 час. Всего часов: 56 час. Составитель: д.ф.-м.н., проф. КЭФ КемГУ, А.Г. Кречетов Зачет: 8 семестр Кемерово - 2008 57 Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010701 «Физика». Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики Протокол № ____ от «___» ____________ 2008 г. Зав. кафедрой д.ф.-м.н., профессор ___________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № ____ от «___» ___________ 2008 г. Председатель к.ф.-м.н., доцент М.Л. Золотарев 58 Пояснительная записка к курсу «Эмиссионные методы анализа» Программа курса разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010701 «Физика». Актуальность и значимость курса – Среди различных аналитических (химических, физико-химических и др.) методов изучения химического состава вещества оптический спектральный анализ (эмиссионный и атомно-абсорбционный) является одним из самых быстро развивающихся и применяющихся на практике методов анализа. Круг вопросов, которые решаются методами спектрального анализа, весьма обширен: анализ особо чистых веществ, бездефектный контроль готовых изделий, экспресс-анализ металлургического литья, разведка рудных месторождений, анализ лунного грунта и состава звездного вещества, контроль промышленных и бытовых сточных вод, загрязнения воздушного бассейна и воздушной среды производственных помещений и т.д. В соответствии с этим методы спектрального анализа берут себе на вооружение специалисты самых различных областей знаний: металлурги, химики, биологи, астрономы, работники сельского хозяйства и медицины, физики и др. Цель и задачи курса – Цель курса – дать студентам базовые знания и навыки по изучаемому предмету, как в теоретическом, так и в экспериментальном плане. Задачами курса являются: 1. Изучение физических принципов, техники и основных методических подходов использования эмиссионного анализа в материаловедческих целях. 2. Практическое усвоение методик нестационарного эмиссионного анализа процессов в материалах. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов Курс «Эмиссионные методы анализа» является частью цикла дисциплин, изучаемых на специализации «Физическое материаловедение». Для успешного усвоения курса студентам необходимо знание общих курсов физики, ряда разделов теоретической физики и физики конденсированного состояния. Знания и навыки, полученные студентами при изучении данного курса, используются студентами, как при продолжении обучения, так и последующей работе в качестве специалистов-физиков по окончании ВУЗа. Структура курса – Лекционный курс содержит 4 блока. В первом излагаются основные понятия и теория спектрального анализа, классификация его видов, рассматриваются базовые физические принципы методик атомного эмиссионного анализа. Второй блок посвящен описанию аппаратуры эмиссионного анализа и включает основные сведения о спектральных приборах и их характеристиках, методах введения проб и источниках возбуждения спектров. В третьем блоке излагаются методы качественного, полуколичественного и количественного анализа: аппаратурная реализация, области применения, сравнительные достоинства и недостатки. В последнем блоке рассмотрена методика и примеры использования в физическом эксперименте нестационарной эмиссионной спектроскопии с высоким временным разрешением. Лабора- 59 торный практикум состоит их работ, связанных именно с последним блоком лекционного курса. Особенности изучения дисциплины – При построении лекционного курса основное внимание уделено методам стационарной эмиссионной спектроскопии в связи с широким применением ее в аналитических материаловедческих целях. Поскольку нестационарные методики в научных исследованиях процессов в материалах также очень важны, то необходимый баланс между стационарными и нестационарными методиками в курсе в целом достигается за счет лабораторного практикума. Форма организации занятий по курсу – традиционная. По курсу «Эмиссионные методы анализа» читаются лекции (1 час в неделю) и ведутся лабораторные занятия (1 час в неделю) в течение одного (8-го) семестра. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов – Аудиторные занятия, лекции и лабораторные занятия, предполагают самостоятельную работу по данному курсу. Для успешного и своевременного выполнения лабораторного практикума студент должен во внелабораторное время выполнить всю обработку экспериментальных данных и оформить отчет по выполненным работам. Кроме того, предлагаются дополнительные темы для самостоятельного изучения, темы рефератов и список литературы. Требования к уровню усвоения содержания курса – Знание теоретического материала и его использование при решении конкретных задач, понимание областей применимости различных видов эмиссионного анализа, умение практической регистрации и идентификации спектральных линий, грамотное использование получаемых знаний и умений при последующем выполнении курсовых и дипломных работ. Объем и сроки изучения курса - определяются учебным планом подготовки бакалавров и специалистов на физическом факультете университета. Курс «Эмиссионные методы анализа» читается на 4 курсе (8 семестр). На изучение дисциплины отводится 56 часов, из которых 18 часов – лекционные, 18 – лабораторные занятия, 20 час – самостоятельная работа. Виды контроля знаний и их отчетности – В течение семестра проводится 2 контрольные работы. При выполнении лабораторного практикума обязательно проводится контроль подготовки студентов к выполнению текущей лабораторной работы, а также форма и содержание отчета по уже выполненной работе. Пропуски занятий фиксируются. Пропущенный лекционный материал самостоятельно прорабатывается студентом в виде написания реферата и обсуждения материала с преподавателем. Лабораторные работы выполняются в обязательном порядке. В случае пропуска назначается дополнительное время для их выполнения. В качестве предварительного контроля знаний предусматривается компьютерное тестирование. Итоговый контроль знаний по курсу проводится на заключительной стадии в форме зачета. Критерии оценки знаний студентов по курсу – Требуется обязательное посещение аудиторных занятий и выполнение контрольных мероприятий. Оценка знаний производится по двухступенчатой шкале (зачтено, не зачтено). Зачет выставляется при условии выполнения и защиты всех лабораторных работ, а также успешного промежуточного и итогового тестирования. 60 61 Программа курса Лекция 1. Основные понятие о спектральном анализе. Классификация типов спектрального анализа по решаемым задачам, применяемым методам, характеру получаемых результатов и способу регистрации спектров. Лекция 2. Методы атомного спектрального анализа: атомно-эмиссионный, атомно-абсорбционный и атомно-флуоресцентный виды анализа. Понятие спектральной линии и ее характеристики. Формула Ломакина и Шайбе. Явление реабсорбции. Лекция 3. Квантованность энергий электронных переходов. Терм атома. Правила отбора и мультиплетность электронных переходов. Особенности атомных электронных спектров. Лекция 4. Физико-химические процессы в источниках возбуждения спектров. Зависимость интенсивности спектральной линии от температуры плазмы. Схема спектрального прибора и его характеристики. Диспергирующие системы: призмы и дифракционные решетки. Лекция 5. Типы аналитических проб. Методы введения пробы в источники возбуждения. Техническое исполнение и сравнительные характеристики и сточников возбуждения спектров. Лекция 6. Качественный анализ. Обнаружение Mn, Cr, Si и Mg в сплавах. Области применения полуколичественного анализа. Визуальный полуколичественный анализ. Определение содержания Cr в легированных сталях. Фотографический полуколичественный анализ. Определение содержания следов Sn в сплавах. Лекция 7. Количественный анализ и его задачи. Характеристическая кривая фотоматериалов. Закон Шварцшильда. Методы трех эталонов, постоянного графика и добавок в количественном анализе. Лекция 8. Задачи спектроскопии с высоким временным разрешением. Устройства для регистрации разрешенных во времени спектров. Наносекундный спектрометр с электронным импульсным возбуждением. Калибровка спектрометра. Учет спектральной чувствительности измерительного тракта. Выходные данные и их обработка. Лекция 9. Определение времени жизни носителей заряда в энергетических зонах и на примесных центрах. Температурное тушение и температурные зависимости нестационарной люминесценции. Оценка температура на двух стадиях взрывного разложения АТМ из спектральных данных. Идентификация продуктов взрыва АТМ и тэна. ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА 1. Исследование автоматизированного наносекундного спектрометра на базе импульсного ускорителя электронов. 2. Программный комплекс для управления наносекундным спектрометром и обработки данных. 3. Измерение спектрально-кинетических характеристик взрывного свечения энергетических материалов. 62 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ Список основной учебной литературы Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. М.: Наука, 1976. 302 с. Кузяков Ю.Я., Семененко К.А., Зоров Н.Б. Методы спектрального анализа. М.: Изд-во МГУ, 1990. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М.: Наука, 1979. 270 с. В.И. Барсуков. Атомный спектральный анализ. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2005 . Е.Н.Дорохова, Г.В.Прохорова. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. М.: Высшая школа, 1991. – 256 с. А. П. Крешков. Основы аналитической химии. Физико-химические (инструментальные) методы анализа, Изд. «Химия», 1970, 472 с. Захаров Ю.А., Алукер Э.Д., Адуев Б.П., Белокуров Г.М., Кречетов А.Г. Предвзрывные явления в азидах тяжелых металлов. М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. Список дополнительной литературы Методы спектрального анализа. Под ред. В.Л. Левшина.- М.: Изд-во МГУ, 1962. Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. М.: Наука, 1965.. Зайдель А.Н., Калитиевский Н.И., Липис Л.В., Чайка М.П. Эмиссионный спектральный анализ атомных материалов. М.: Физматгиз, 1960. 298 с. Королев Н.В., Рюхин В.В., Горбунов С.А. Эмиссионный спектральный микроанализ. Л.: Машиностроение, 1971. 196 с. Кустанович И.М. Спектральный анализ. М.: Высшая школа, 1972. 391 с. Дробышев А.И. Основы атомного спектрального анализа СПб.: Изд-во СпбГу, 1997.- 200 с. Мандельштам С.Л. Введение в спектральный анализ. М.: Гостехиздат, 1947. 260 с. Контрольно-измерительные материалы Вопросы к зачету по курсу «Эмиссионные методы анализа» Классификация методов спектрального анализа. Виды спектрального анализа: атомный эмиссионный, атомный абсорбционный и атомный флуоресцентный. Понятие спектральной линии и ее характеристики. Явление реабсорбции спектральных линий. Терм атома, обозначения оптических переходов через квантовые числа. Правила отбора электронных переходов. Мультиплетность электронных переходов. Особенности атомных спектров. Физико-химические процессы в источниках возбуждения спектров. Схема спектрального прибора. Характеристики спектрального прибора. Диспергирующие системы. Призмы. Диспергирующие системы. Дифракционные решетки. 63 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Методы введения пробы в источники возбуждения. Источники возбуждения спектров. Пламя, искра и дуга. Источники возбуждения спектров. Разряд в охлаждаемом полом катоде, плазмотрон. Источники возбуждения спектров. Индуктивно связанная плазма. Фракционное поступление элементов в плазму. Метод фракционной дистилляции. Качественный эмиссионный анализ. Визуальный полуколичественный анализ. Фотографический полуколичественный анализ. Задачи количественного анализа Характеристическая кривая фотоматериалов. Количественный анализ по методу трех эталонов. Количественный анализ по методу постоянного графика. Количественный анализ по методу добавок. Задачи спектроскопии с временным разрешением. Устройство стрик-камеры «Вгляд-2А». Принцип работы наносекундного спектрометра с электронным импульсным возбуждением. Калибровка регистрирующего тракта наносекундного спектрометра. Учет спектральной чувствительности измерительного тракта. Выходные данные и обработка результатов по методу «спектр за импульс». Контрольные вопросы к лабораторному практикуму по курсу «Эмиссионные методы анализа» Блок-схема наносекундного спектрометра с электронным импульсным возбуждением. Принцип работы стрик-камеры «Вгляд-2А». Как решается проблема синхронизации импульса возбуждения и устройства регистрации в наносекундном спектрометре? Чем определяется временное разрешение спектрометра? Чем определяется спектральное разрешение спектрометра? Принцип калибровки наносекундного спектрометра по длинам волн. Показать различия калибровки по длинам волн в случае призменного и дифракционного решеточного монохроматоров. Обосновать необходимость учета спектральной чувствительности измерительного тракта наносекундного спектрометра. Из каких частей состоит программный комплекс для дистанционного управления фотохронографом «Взгляд-2А» и обработки изображений спектров? Задачи, решаемые программой «Sight-2A Server». Задачи, решаемые программой «Sight-2A Client». Настройки фотохронографа, устанавливаемые программой «Sight-2A Client». Задачи, решаемые программой «Sight-2A Processing». Инструменты программы «Sight-2A Processing». 64 В каком виде получаются выходные данные в наносекундном спектрометре с электронным возбуждением? 16. Процедура измерения спектра в заданный момент времени. 17. Идентификация спектральных линий из выходных данных. 18. Возможные продукты взрывного разложения азидов тяжелых металлов. 19. Возможные продукты взрывного разложения тэна. 20. Процедура измерения кинетики интенсивности на заданной спектральной линии. Примерные темы рефератов. 1. Место атомного эмиссионного анализа в ряду других аналитических методик определения веществ. 2. Атомный абсорбционный анализ. 3. Атомный флуоресцентный анализ. 4. Пламенная фотометрия. 5. Реабсорбция спектральных линий. 6. Термы атомов щелочных металлов. 7. Правила отбора электронных переходов. 8. Зависимость структуры эмиссионных спектров от атомного номера исследуемого элемента. 9. Особенности призменных и дифракционных спектрометров. 10.Дуга и икра как источники возбуждения эмиссионных спектров. 11.Возбуждение эмиссионных спектров в разряде в охлаждаемом полом катоде. 12. Спектрометры с индуктивно связанной плазмой. 13.Качественный эмиссионный анализ. 14.Полуколичественный эмиссионный анализ. 15.Количественный эмиссионный анализ с фотографической регистрацией. 16.Приборы для автоматизированного количественного эмиссионного анализа. 17.Области использования спектроскопии с высоким временным разрешением. 18.Электронно-оптические приборы с временным разрешением. 19.Импульсные источники возбуждения для исследования быстропротекающих процессов. 20.Полихроматоры: устройство и применение. 15. 65 Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Эмиссионные методы анализа» ведения о переутверждении рабочей программы на текущий уче бный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 66 Министерство образования Российской Федерации Кемеровский государственный университет Кафедра экспериментальной физики УТВЕРЖДАЮ Декан физического факультета Профессор ___________ Ю.Н. Журавлев «___» ___________ 2008 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА «Металлофизика» для специальности 01 07 00 - Физика факультет Физический Факультет: физический Курс: 5 Семестр: 9 Лекции: 36 час. Лаб. Практикум 36 час. Самостоятельная работа: 36 час. Всего часов: 108 час. Форма отчета: зачет Составитель: к.ф.м.н., доцент С. А. Созинов Кемерово-2008 67 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики Протокол № ____ от «___» ____________ 2008 г. Зав. кафедрой д.ф.-м.н. профессор ___________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № ____ от «___» ___________ 2008 г. Председатель к.ф.-м.н. доцент М.Л. Золотарев 68 Пояснительная записка к курсу «Металлофизика» Целью изучения курса «Металлофизика» является: научить, на основе выработки теоретических представлений, анализировать и прогнозировать зависимость физических свойств металлов и сплавов от микроструктуры, состава, плотности дефектов кристаллической решетки, положения в периодической таблице элементов, фазового состояния и температуры; научить использовать методы физического анализа для решения задач металловедения и физики металлов; ознакомить с принципами формирования особых физических свойств в сплавах. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов определяется решаемыми в процессе ее изучения задачами и состоит в формировании у студентов современных представлений о физике металлов, а также в подготовке их к самостоятельной практической деятельности. Структура учебной дисциплины. Курс включает в себя изучение электронной теории металлов и квантово-механических моделей описания электронов проводимости. Рассмотрены вопросы структуры и свойств твердых растворов и промежуточных фаз. Данный курс знакомит слушателя с геометрической термодинамикой для анализа многокомпонетных систем, а также с методами построения кривых ликвидуса, солидуса и фазовых равновесий в твердом состоянии. Рассмотрены теории гомогенного и гетерогенного зарождения, теории дендритного и ячеистого роста, а также теории фазовых превращений. В курсе изучаются законы диффузии и проводится решение уравнений диффузии для наиболее важных в металловедении случаев, а также рассматриваются физические методы исследования структуры металлов и сплавов, и их физических свойств. Особенности изучения дисциплины определяются спецификой естественнонаучного образования. Организация изучения курса включает проведение лекционных, лабораторных и самостоятельных занятий. На лекциях представляется основной теоретический материал по курсу. На лабораторных занятиях студенты знакомятся с экспериментальными установками и приборами, осваивают экспериментальные методы исследования физических свойств металлов. Исследования проводятся на основании поставленных преподавателем задач и технических описаний установок и выполняются в составе из двух человек. На самостоятельную работу выносятся ознакомление с научно-технической литературой по курсу, завершение обработки полученных экспериментальных данных, расчетов и оформление отчетов. Требования к уровню усвоения содержания курса. В результате изучения данного курса студенты должны знать: основы взаимосвязи физических свойств металлов и сплавов с их составом, строением и температурой. Студенты должны овладеть структурными методами анализа металлов и сплавов. Научиться работать с измерительной аппаратурой и проводить измерения магнитных, электрических и прочностных характеристик металлов и сплавов. Контроль знаний. Текущий контроль проводится на лекционных занятиях путем выборочной проверки усвоения материала предыдущих лекций, на лабораторных занятиях – оформленных заслушиванием отчетов по выполненным работам, а 69 также проведением контрольных тестов. Итоговым контролем знаний по курсу является зачет, проводящийся в виде тестирования или в устной форме (собеседование по предложенной теме). Критерии оценки знаний студентов. Знания студентов оцениваются в принятой шкале «зачтено» «незачтено». Зачет проставляется при условии качественного усвоения всех тем и выполнения лабораторного практикума. Материально-техническое обеспечение. Лабораторный практикум по курсу проводится в лаборатории электронной микроскопии и лаборатории материаловедения. В работах задействовано следующее оборудование: просвечивающий электронный микроскоп, вакуумный универсальный пост, металлографический микроскоп и измеритель микротвердости, лабораторная установка для исследования температурной зависимости электропроводности металлов и сплавов, лабораторная установка для исследования магнитных свойств. Для каждой работы имеются методические пособия (в том числе электронные варианты) и методические указания. Программа курса «Металлофизика» 1. Структура чистых металлов. Силы связи. Кристаллическая структура. Физические свойства. 2. Электронная теория металлов. Квантовомеханические модели описания электронов проводимости. Топология поверхности Ферми и физические свойства. Статистика электронов проводимости. Ферромагнетизм и сверхпроводимость. 3. Структура твердых растворов. Растворимость, типы твердых растворов, правило Юм- Розери. Предел растворимости, связь с электронной концентрацией, роль размеров атомов. Закон Вегарта. Промежуточные фазы: электронные, с кубической симметрией, гексагональной симметрией, фазы Лавеса. Дефекты структуры. Упорядочение в твердых растворах. 4. Термодинамика в металловедении. Законы термодинамики, энтропия. Условия равновесия, диаграммы состояния. Химический потенциал. Правило фаз Гиббса. Энтропия смешения, растворимость, константа равновесия. 5. Диаграммы состояния и методы их построения. Вывод простейших типов диаграмм. Применение методов термического, отжига, рентгеновского анализа, электропроводности. 6. Диффузия в металлах и сплавах. Законы Фика. Механизмы диффузии: твердые растворы, границы зерен, дислокации. 7. Кристаллизация и затвердевание. Образование зародышей, движение межфазных границ, перераспределение примесей. Дефекты, морфология поверхности раздела. Затвердевание слитков, размер зерна, ликвация, включения. 8. Фазовые превращения. Процессы зарождения. Теория процесса роста, влияние состава, пересыщения. Эвтектоидные и мартенситные превращения. 9. Элементы металлографии. Приготовление образцов. Микроскопия. Микроструктура внутренних границ зерна. Однофазные и многофазные структуры. Микросегрегация. Влияние структуры сплавов на свойства. 10. Свойства металлов высокой чистоты. Методы очистки. Влияние примесей на механические свойства. 70 11. Дислокации. Геометрия дислокаций в сплошной среде. Типы дислокаций. Упругие свойства. Движение дислокаций. Зарождение дислокаций. Методы исследования. 12. Механические свойства, слабо зависящие от температуры. Кривые напряжение - деформация. Упрочнение и разупрочнение. Предел текучести и разрушение. 13. Механические свойства зависящие от температуры. Ползучесть. 14. Возврат и рекристаллизация. Разрушение. 15. Железо и сплавы на его составе. 16. Чугун и его свойства. 17. Алюминий и медь. Сплавы на их основе. Лабораторный исследовательский практикум по курсу 1. Исследование электропроводности металлов. 2. Электронография. 3. Электронография тонких пленок металлов и полупроводников. 4. Исследование прочности металлов. 5. Исследование микроструктуры алюминиевых проводников. 6. Исследование микроструктуры меди и сплавов на ее основе. 7. Наблюдение дислокаций в тонких пленках металлов. 8. Исследование магнитных материалов. 9. Оптическая спектроскопия Литература 1. Физическое материаловедение. Под редакцией Р.Кана. т.1, 2, 3. Изд. «Мир», Москва. 1967. 2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М. «Машиностроение» 1990. 3. ГеллерЮ.А., Погодин-Алексеев Г.И., Рахштадт AT. Металловедение. М., «Металлургия», 1967. 4. Гуляев А.П. Металловедение, м., ГИОП, 1956. 5. Кацнельсон А А. Введение в физику твердого тела. Изд. МГУ, 1984. Контрольные вопросы. 1. Силы связи в кристаллах. 2. Топология поверхности Ферми и физические свойства . 3. Структура твердых растворов. 4. Термодинамика в металловедении. Законы термодинамики, энтропия. Условия равновесия, диаграммы состояния. 5. Химический потенциал. Правило фаз Гиббса. Энтропия смешения, растворимость, константа равновесия. 6. Диаграммы состояния и методы их построения. Применение термического метода. 7. Диффузия в металлах и сплавах. Законы Фика. 8. Механизмы диффузии: твердые растворы, границы зерен, дислокации. 9. Кристаллизация и затвердевание. Образование зародышей, движение межфазных границ, перераспределение примесей. 10. Дефекты, морфология поверхности раздела. 11. Фазовые превращения. Процессы зарождения. Теория процесса роста, влияние состава, пересыщения. 71 12. Эвтектоидные и мартенситные превращения. 13. Элементы металлографии. Приготовление образцов. Микроскопия. 14. Микроструктура внутренних границ зерна. Однофазные и многофазные структуры. Микросегрегация. Влияние структуры сплавов на свойства. 15. Свойства металлов высокой чистоты. Методы очистки. Влияние примесей на механические свойства. 16. Дислокации. Геометрия дислокаций в сплошной среде. Типы дислокаций. 17. Упругие свойства. Движение дислокаций. Зарождение дислокаций. Методы исследования. 18. Механические свойства слабо зависящие от температуры. Кривые напряжение деформация. 19. Упрочнение и разупрочнение. 20. Предел текучести и разрушение. 21.Механические свойства зависящие от температуры. Ползучесть. 22.Возврат и рекристаллизация. 23. Разрушение. 24. Железо и сплавы на его составе. 25. Чугун и его свойства. 26. Алюминий и сплавы на его основе. 27. Медь и сплавы на ее основе. Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Металлофизика» ведения о переутверждении рабочей программы на текущий уче бный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 72 Министерство образования Российской Федерации Кемеровский государственный университет Кафедра экспериментальной физики «УТВЕРЖДАЮ» Декан физического факультета д.ф.-м.н., профессор _____________ Ю.Н. Журавлев «___»____________ 2008__ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА курса: «Физико - химия наноматериалов» для специальности 01 07 00 - Физика факультет Физический Курс: 5 Семестр: 9 Лекции: 30 часов Лабораторная работа: 18 часов Самостоятельная работа: 72 часов Всего: 120 часов Составитель: д.ф.м.н., профессор Л.В. Колесников экзамен: 9 семестр Кемерово 2008 73 Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта по специальности 010700 «Физика» Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной физики. Протокол № ______ от «_____» ____________ 2008 г. Зав.кафедрой д.ф.-м.н., профессор __________________ Л.В. Колесников Одобрено методической комиссией физического факультета Протокол № _____ от «_____» ____________ 2008 г. Председатель комиссии к.ф.-м.н., доцент _______________ М.Л. Золотарев 74 Пояснительная записка к курсу лекций «Физико - химия наноматериалов» Цель изучения курса. В конце прошлого столетия достижения науки и технологий ярко продемонстрировали успехи и возможности, которые были получены и предполагается получить, используя свойства вещества в нанометровом диапазоне. Сборка атомов и молекул на нанометровых расстояниях, происходящая в живой природе, в промышленных изделиях может привести к совершенно новым результатом. В промышленно развитых странах Запада нанобум начался в самом начале нашего столетия. Анализ научной периодики показывает, что мир вступает в эпоху нанореволюции, что может затмить по последствиям компьютерную революцию прошлого столетия. В этой связи необходима экстренная программа ознакомления и обучения основам нанонауки и нанотехники на всех ступенях образования – от школьного до вузовского и послевузовского. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов. Современные тенденции изучения наноразмерных частиц в физике, химии и биологии позволяют утверждать, что и наука, и технологии XXI в – будут иметь наноразмерный, ангстремный характер. Интерес физиков и химиков к наночастицам обусловлен целым рядом причин. Главная состоит в том, что исследования наночастиц различных элементов периодической системы открывают новые явления в как в физике, так и в химии, которые невозможно описать на основе известных закономерностей. Например, частицы размером меньше одного нанометра, например металлов, содержат около 10 атомов, которые формируют поверхностную частицу, не имеющую объема и обладающую высокой реакционной способностью. В то же время известно, что физикохимические свойства и активность частицы можно изменить добавлением одного атома или молекулы на поверхность кластера. Выявление особенностей влияния размера или количества атомов в частице на физико-химические свойства и реакционную способность представляет собой одну из фундаментальных проблем современного материаловедения. В настоящее время к наноструктурным материалам относят нанопорошки металлов, сплавов, интерметаллидов, оксидов, карбидов, нитридов, боридов и эти же вещества в компактном состоянии с зёрнами нанометрового размера, а также нанополимеры, углеродные наноструктуры, нанопористые материалы, нанокомпозиты, биологические наноматериалы. Создание этих наноматериалов непосредственно связано с разработкой и применением нанотехнологии. В целом область наноматериалов и нанотехнологии очень широка и не имеет четких очертаний. Как отмечалось, особые строение и свойства малых атомных агрегаций представляют значительный научный и прикладной интерес, так как являются промежуточными между строением и свойствами изолированных атомов и массивного (объёмного) твёрдого тела. Однако вопрос о том, как быстро нарастает и на каком этапе объединения атомов завершается формирование того или иного свойства массивного кристалла, до сих пор не решен. Не вполне ясно, каковы и как могут быть разделены вклады поверхностных (связанных с границами раздела) и объёмных (связанных с размером частиц) эффектов в свойства наноматериалов. 75 Длительное время исследования в этом направлении проводились на изолированных кластерах, содержащих от двух атомов до нескольких сотен, на малых частицах с размером более 1 нм и на ультрадисперсных порошках. Переход от свойств изолированных наночастиц к свойствам массивных кристаллических веществ оставался белым пятном, так как отсутствовало промежуточное звено — компактное твёрдое тело с зёрнами нанометрового размера. Лишь после 1985 года, когда были созданы методы получения компактных нанокристаллических веществ, началось интенсивное заполнение отмеченного пробела в знаниях о твёрдом теле. Научный интерес к нанокристаллическому состоянию твёрдого тела в дисперсном или компактном виде связан прежде всего с ожиданием различных размерных эффектов в свойствах наночастиц и нанокристаллитов, размеры которых соизмеримы или меньше, чем характерный корреляционный масштаб того или иного физического явления или характерная длина, фигурирующие в теоретическом описании какоголибо свойства или процесса (например, длина свободного пробега электронов, длина когерентности в сверхпроводниках, длина волны упругих колебаний, размер экситона в полупроводниках, размер магнитного домена в ферромагнетиках и т.д.). Прикладной интерес к наноматериалам обусловлен возможностью значительной модификации и даже принципиального изменения свойств известных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние, новыми возможностями, которые открывает нанотехнология в создании материалов и изделий из структурных элементов нанометрового размера. Сущность нанотехнологии состоит в возможности работать на атомном и молекулярном уровне, в масштабе длин 1-100 нм. для того, чтобы создавать и использовать материалы и устройства, имеющие новые свойства и функции благодаря малой шкале их структуры. Таким образом, термин "нанотехнология" относится к размерам именно структурных элементов. Уже сегодня нанопродукты играют важную роль почти во всех отраслях индустрии. Сфера их применения огромна - более эффективные катализаторы, плёнки для микроэлектроники, новые магнитные материалы, защитные покрытия, наносимые на металлы, пластмассу и стекло. В ближайшие десятилетня наноструктурные объекты будут функционировать в биологических объектах, найдут применение в медицине. Наиболее ярко успехи нанотехнологии могут проявиться в электронике и компьютерной технике благодаря дальнейшей миниатюризации электронных устройств и созданию нанотранзисторов. Таким образом, настоящий курс посвящен одной из самых актуальных современных научных проблем, лежащей на стыке материаловедения, физики и химии твёрдого тела, – нанокристаллическому состоянию вещества и имеет целью ознакомить студентов с основными идеями и подходами в области нанотехнологий, а также существующими и перспективными разработками в различных областях. Структура учебной дисциплины. Программа курса предусматривает ознакомление и изучение следующих разделов: Актуальные проблемы и приоритетные направления исследований в физики конденсированного состояния; Физические основы нанотехнологий; Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур; Физические принципы методов исследования и информация, получаемая в эксперименте (электронная и зондовая микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная 76 спектроскопия, ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия, оптические свойства наночастиц). Особенности изучения дисциплины. Организация изучения курса. Курс рассчитан на студентов-физиков, имеющих подготовку по общей физике, физики атома, квантовой механики и высшей математике в объеме обычной университетской программы и смежным дисциплинам специализации. Основное внимание при изучении разделов курса уделяется формированию навыков критического анализа экспериментальных результатов и умений выделять практически значимые результаты. В связи с этим, изложение курса проводится ведется по оригинальным научным работам, обзорам и монографиям последних лет. Форма проведения занятий: лекции и лабораторные задачи. Контроль знаний. Текущий контроль проводится на лекционных занятиях путем выборочной проверки усвоения материала предыдущих лекций, на лабораторных занятиях – оформленных отчетов по выполненным работам, а также проведением контрольных тестов. Итоговым контролем знаний по курсу является экзамен, проводящийся в виде тестирования или в устной форме. Обязательным является выступление с докладом по теме реферата и его обсуждение. Критерии оценки знаний студентов. Знания студентов оцениваются в принятой пятибалльной шкале. Материально-техническое обеспечение. Лабораторный практикум по курсу проводится в лаборатории синтеза, электронной микроскопии и лаборатории материаловедения. В работах задействовано следующее оборудование: установки синтеза методом восстановления из растворов, просвечивающий электронный микроскоп, вакуумный универсальный пост, металлографический микроскоп и измеритель микротвердости,. Для всех работ имеются методические пособия (в том числе электронные варианты) и методические указания. Программа курса. 1. Актуальные проблемы и приоритетные направления исследований в физики конденсированного состояния: энергетика (органические источники и переработка, солнечная энергия и преобразование, ядерная и термоядерная энергетика, водородная энергетика); сверхпроводимость, катализ. 2. Физические основы нанотехнологий. 2.1. Размерные эффекты, кристаллическая решетка, колебания решетки. Роль свободных и внутренних поверхностей. Квантовые эффекты. Структура энергетических зон. 2.2. Фононный спектр и теплоемкость. Структурные и фазовые превращения. 2.3. Термодинамика поверхности. Химический потенциал. Поверхности раздела. Стабильные и равновесные формы наночастиц. 3. Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур: молекулярные и газовые кластеры, источники получения и детектирования, коллоидные и твердотельные кластеры, тонкие пленки. Условия конденсации и критический размер кластера. Металличкские наночастицы и углеродные нанотрубки. Методы термического и фотохимического разложения. Ионное равновесие в реакторе и образование наночастиц. Термодинамические аспекты проблемы, условие Гиббса, химический по77 тенциал и огранка микрокристаллов. Расчет химического потенциала для микрокристаллов. Анализ экспе6риментальных данных. Модели зародышеобразования и роста наночастиц. 4. Физические принципы методов исследования и информация, получаемая в эксперименте: Электронная и зондовая микроскопия: контраст, разрешение, дифракция. Получение наночастиц металлов методом испарения и конденсации. Гетерогенное образование зародышей и рост кластеров на поверхности аморфных, кристаллических и инертных подложках. Связь числа растущих наночастиц со свойствами подлжки. Рост на дефектах поверхности и флуктуационное образование зародышей и рост. Получение аморфных и кристаллических наночастиц. 4.2. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия: химическая связь, количественный анализ. Механизм адсорбции на поверхности наночастиц и наносистем на основе благородных металлов, Оже – спектроскопия и модифицированный параметр Вагнера. 4.3. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия: Работа выхода, энергия Ферми, плотность поверхностных состояний, заряд поверхности и загиб энергетических зон, плотность состояний в валентной зоне. Контакты Ме – п/п, п/п – п/п. Влияние методов получения на характеристики наночастиц. 4.4. Оптические свойства наночастиц: металлооптика, оптические константы, оптические свойства металлов и диэлектриков. Оптические свойства кластеров щелочных и благородных металлов. Наносистемы однородного и смешанного типа на основе одновалентных металлов. Отражение формы наночастиц в оптических спектрах. Анализ оптических спектров наночастиц (концентрация электронов, размеры наночастиц, константы затухания и механизмы релаксации, влияние адсорбции и матрицы). Литература Учебная и научная литература. 1. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику - М, Машиностроение, 2007. 2. Суздалев И.П. Нанотехнологии: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – Эдиториал УРСС, 2006 3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. –М, ФИЗМАТЛИТ, 2005. 4. Колесников Л.В. Мультимедийный слайд - конспект лекций по курсу «Физико – химия наноматериалов» 2008 г. 5. Мальцев П.П. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. – Техносфера, 2006 6. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология. Учебное пособие для ВУЗов. Академкнига, 2006 7. Андриевский Р.А. Наноструктурные материалы. – Академия, 2005 8. Строшио М. Дутта М. Фононы в наноструктурах. Физматлит, 2006. 9. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1979. - 792 с. 10. П.В. Павлов, А.Ф. Хохлов Физика твердого тела: Учеб. – 3-е изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2000. – 494 с. 11. Дж. Слэтер. Диэлектрики, полупроводники, металлы. М.: Мир, 1969. -648 с. 78 Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Д. Бриггса, М.П. Сиха.- М.: Мир, 1987.- 600 с. 13. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности.- М.: Мир, 1989.- 564 с. 14. Нефедов В.И., Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел.- М.: Наука, 1983.- 296 с. 15. Введение в физику твердых тел. Часть 3: Зонная теория твердых тел: Учеб.метод. пособие / ГОУ ВПО "Кемеровский государственный университете"; сост. А.Л. Юдин. – Кемерово, 2001. -40 с.,А.Л. Юдин,2001,50 16. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / Под ред. М. Роко, 3. Уильямса, П. Аливисатоса. М.: Мир, 2002. 17. Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. Список дополнительной учебной литературы 1. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. - М.: Техносфера, 2004. 2. Асеев А.Л. (отв. ред.) Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. – М.: Издательство: СО РАН, 2004. 3. Киселев В.Ф., Козлов С.Н., Зотеев А.В. Основы физики поверхности твердого тела. – М.: Изд-во МГУ, 1999 4. Неволин В.К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии.- М.: 1996 5. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Изд-во НИСО УрО РАН, 1998, 199 с. 6. C. Моррисон. Химическая физика поверхности твердого тела. -М.: Мир, 1980. 7. Э. Зенгуил. Физика поверхности. -М.: Мир, 1990. 8. Ф. Бехштедт, Р. Эндерлайн. Поверхности и границы раздела полупроводников. М.: Мир, 1990. 9. М. Джейкок, Дж. Прафит. Химия поверхностей раздела фаз. -М.: Мир, 1984 10. М. Грин. Поверхностные свойства твердых тел. -М.: Мир, 1996 11. Ковалев А.И., Щербединский Г.В. Современные методы исследования поверхности металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1989.- 192 с. 12. Wagner C. D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy / C. D. Wagner, W. M. Rigus, e. a. Physical electronics Div., Perkin-Elmer Corp., Eden Prairie, MN, 1979. Научные периодические журналы 1. Журнал «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ» www.nanorf.ru 2. Журнал общей химии 3. Успехи химии 4. Журнал физической химии 5. Известия Академии Наук. Серия химическая Контрольно-измерительные материалы. 1. Что входит в понятие «нанотехнология». 2. Назовите приоритетные направления развития нанотехнологиий. 3. Оптические константы. 4. Какую информацию можно плучить с помощью высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопией микроскопией. 12. 79 5. Основные типы дефектов в наноматериалах 6. Перечислить основные типы электронограмм для наночастиц в зависимости от их размера. 7. Как влияет размер кристаллов на температуру плавления наноматериалов? 8. Оцените число атомов в критическом зародыше. 9. Как размер критического зародыша в растворе зависит от пересыщения. 10.Как происходит разделение наночастиц по размерам в масс-спектрометре. 11.Известно, что до определенных размеров микрокристаллы, находящиеся в равновесии с окружением, принимают форму с минимальной свободной энергией согласно соотношению Гиббса-Вульфа. Какие факторы влияют на огранку микрокристаллов? Рассчитайте химический потенциал граней микрокристаллов с огранкой (111), (100). 12.Химический потенциал поверхности наночастицы сферической формы. 13.Объяснить появление линии поглощения в Мессбауэровском спектре растворов, содержащих кластеры железа и отсутствие ее в растворах содержащих ионы железа. 14.Методы получения углеродных нанотрубок. Типы нанотрубок, их свойства и применение. 15.Информация, получаемая методом РФЭС: 16.Средняя длина свободного пробега фотоэлектрона в РФЭС в образце зависит от его энергии. При каких кинетических энергиях вылетевщих электронов метод РФЭС более чувствителен к поверхностному слою? 17.Определите величину химического сдвига электронного уровня по заданному РФЭС спектру. 18.Информация извлекаемая из обработка спектров плазмонного резонанса для наночастиц. 19.От чего зависит константа затухания плазменного резонанса. 20.Как влияет форма наночастиц на спектр плазменного резонанса. 21.Определите скорость электронов на поверхности Ферми. 22.Основные положения теории Ми. 23.Как и почему частота плазменного резонанса от зависит рамеров наночастиц 24.. Методы стабилизации свойств наночастиц. Лабораторный исследовательский практикум по курсу «Физико-химия наноматериалов» Выполняется в научно-исследовательских и учебно-исследовательских лабораториях кафедры. 1. Исследование условий получения наночастиц благородных металлов заданных размеров методом восстановления из растворов. 2. Изучение свойств наночастиц оптическими методами. 3. Исследование характеристик наночастиц методом электронной микроскопии. 4. Исследование характеристик наночастиц методом сканирующей туннельной микроскопии. 5. Исследование условий получения наночастиц благородных металлов заданных размеров методом испарения и конденсации в вакууме. 80 Исследование свойств наночастиц методом РФЭС. Исследование свойств наночастиц методом ИК- и КР – спектроскопии. Определение температуры плавления наноматериалов. Получение сплавов металлов заданного состава. Металлографическое исследование и механические испытания материалов сложного состава на основе наночастиц металлов. Темы рефератов по курсу: 1. Научные основы нанотехнологии. 2. Моделирование наноструктур. 3. Экспериментальные методы. 4. Синтез, сборка и обработка наноструктур. 5. Дисперсии, покрытия и структуры с развитой поверхностью. 6. Наноустройства, наноэлектроника, наносенсоры. 7. Консолидированные наноструктуры. 8. Биотехнологии, медицина и здравоохранение. 9. Энергетика и химическая промышленность. 10. Охрана окружающей среды. 11. Инфраструктура исследований, разработок и образования. Рефераты должны содержать разделы: состояние исследований и разработок; цели, проблемы и решения; достижения и новые задачи. 6. 7. 8. 9. 10. Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Физико-химия наноматериалов» ведения о переутверждении рабочей программы на текущий уче бный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 81 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики «Утверждаю» Декан физического факультета Д.ф.м.н., профессор ____________ Ю.Н.Журавлев (подпись) «___» ___________ 200_ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по курсу «Процессы получения наноматериалов и наноструктур» для специальности 010701 ФИЗИКА факультет Физический курс: 5 семестр: 10 лекции: 30 часов практические занятия: лабораторные: 30 часов самостоятельные занятия: 80 часов Всего часов: 140 Составитель: к.х.н., доцент зачет 10 семестр Звиденцова Н.С. Кемерово, 2008 82 Рабочая программа составлена на основании примерной программы Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, рекомендованной 17.11.03 «УМО Физика» Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Протокол № ___ от «___» ________ 200__ г. Зав. кафедрой _________________/ _Л.В.Колесников./ (подпись, Ф.И.О.) Одобрено методической комиссией Протокол № ___ от «___» ________ 200 __ г. Председатель___________________/Золотарев М.Л./ (подпись, Ф.И.О.) 83 Пояснительная записка Программа курса разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010701 «Физика». Актуальность и значимость курса – Настоящий курс посвящен одной из самых актуальных современных научных проблем, лежащей на стыке материаловедения, физики и химии твёрдого тела, - нанокристаллическому состоянию вещества, и имеет целью ознакомить студентов с основными идеями и подходами в области нанотехнологий, а также существующими и перспективными разработками в различных областях. В связи с интенсивным развитием и применением нанотехнологий в широких областях науки и техники становится актуальным вопрос подготовки специалистов, владеющих теоретическими знаниями и практическими навыками в области технологии получения и исследования наноматериалов и наноструктур. Междисциплинарность нанонауки требует кардинального изменения и совершенствования подготовки специалистов для работы в новом направлении, которое будет определять развитие естествознания. Выявление особенностей влияния размера или количества атомов в частице на физико-химические свойства и реакционную способность представляет собой одну из фундаментальных проблем современного материаловедения. Научный интерес к нанокристаллическому состоянию твердого тела в дисперсном или компактном виде связан, прежде всего, с наличием размерных эффектов в свойствах наночастиц и нанокристаллитов. Прикладной интерес к наноматериалам обусловлен возможностью значительной модификации и даже принципиального изменения свойств известных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние, новыми возможностями, которые открывает нанотехнология в создании материалов и изделий из структурных элементов нанометрового размера. В настоящее время к наноструктурным материалам относят нанопорошки металлов, сплавов, интерметаллидов, оксидов, карбидов, нитридов, боридов и эти же вещества в компактном состоянии с зёрнами нанометрового размера, а также нанополимеры, углеродные наноструктуры, нанопористые материалы, нанокомпозиты, биологические наноматериалы. Создание этих наноматериалов непосредственно связано с разработкой и применением нанотехнологии. Цели и задачи курса – Представленный курс преследует своей целью дать достаточно подробный обзор современного состояния методов получения наноматериалов и наноструктур, областей их применения, а также информацию о процессах, протекающих при получении наноматериалов. Важнейшей задачей курса является овладение знаниями об основных тенденциях развития нанотехнологий, методах получения и исследования наноматериалов и наноструктур, и приобретение умения применять полученные знания в трудовой деятельности на послевузовском этапе. Понимание сущности процессов и технологий в наносистемах различной природы, сложности и уровня способствует выработке у студентов творческого, научного системного мышления. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов Курс “Процессы и получение наноматериалов и наноструктур” является дисциплиной специализации «Физическое материаловедение». Курс ДС читается после прослуши- 84 вания студентами общих курсов физики и химии, курсов ДС и специального курса ДС «Физико-химия наноматериалов». Структура курса – Кратко дается обзор современных физических и химических методов получения и исследования наноматериалов и наноструктур. На лекционных и лабораторных занятиях студенты знакомятся с современными тенденциями развития нанохимии и нанотехнологии, примерами практического использования достижений современных нанотехнологий в различных отраслях народного хозяйства, современными химическими и физико-химическими методами экспериментального исследования свойств наноматериалов и наноструктур. Анализ свойств, условий получения наночастиц и наноматериалов на их основе, а также рассмотрение методов исследования наночастиц и наноструктур составляет основное содержание данного курса. Методы стабилизации и исследования наночастиц излагаются относительно кратко. Проанализированы многокомпонентные системы, гибридные и пленочные материалы с разными химическими свойствами. Много внимания уделено размерным эффектам в химии, связанным с качественными изменениями физико-химических свойств и реакционной способности в зависимости от количества атомов или молекул и частице и происходящим и интервале меньше 10 нм. Обсуждены проблемы и перспективы развития нанохимии и нанотехнологии, использования наночастиц в биологии и медицине. Особенности изучения дисциплины – Изучение данной дисциплины проводится на заключительном этапе обучения, непосредственно перед диплимированием. Курс читается в тесной взаимосвязи с курсом ДС «Физико-химия наноматериалов» (9 семестр) и является его логическим продолжением. Курс диктуется потребностями жизни, так как теоретические основы нанохимии и нанотехнологии находят широкое применение в науке и технике на современном этапе развития общества. Форма организации занятий по курсу – традиционная. По курсу ДС «Процессы получения наноматериалов и нанотехнологий» читаются лекции (3 час в неделю) и ведутся лабораторные занятия (3 час в неделю) в течение одного (10-го) семестра. Лабораторный практикум проводится в лабораториях кафедры экспериментальной физики (лаборатория синтеза, лаборатория электронной микроскопии, лаборатория фотоэлектронной спектроскопии). Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов – Аудиторные занятия (лекции и лабораторные занятия) предполагают самостоятельную работу по данному курсу. Предлагаются дополнительные темы для самостоятельного изучения, темы рефератов и списки основной и дополнительной литературы. Требования к уровню усвоения содержания курса – Знание теоретического материала и его использование при решении конкретных задач, понимание главных проблем и задач современной нанохимии и нанотехнологии, грамотное использование получаемых знаний и умений в специальных дисциплинах. Объем и сроки изучения курса - определяются учебным планом подготовки студентов на физическом факультете университета. Курс ДС читается на 5 курсе (10семестр). На изучение дисциплины отводится 60 часов, из которых 30 часов – лекционные, 30 – лабораторные занятия, 80 час – самостоятельная работа. 85 Виды контроля знаний и их отчетности – Усвоение материала, излагаемого на лекциях, контролируется проведением «лекционных диктантов» по основным понятиям предыдущих лекций. Существует система «отработки» пропусков занятий. Пропущенный лекционный материал «отрабатывается» в виде написания реферата и обсуждения материала. В качестве предварительного контроля знаний предусматривается компьютерное тестирование. Итоговый контроль знаний по курсу проводится на заключительной стадии в форме зачета. Критерии оценки знаний студентов по курсу – Требуется обязательное посещение аудиторных занятий (лекций и лабораторного практикума) и выполнение контрольных мероприятий, защиты лабораторных работ. Оценка знаний производится по двухступенчатой шкале (зачтено, не зачтено). Зачет выставляется при условии успешного выполнения всего цикла лабораторных работ, защиты, выполнения всех контрольных заданий и посещения лекций. Содержание курса 1. Общие сведения о наноматериалах Наночастицы. Классификация наноматериалов по размерам частиц. Основные свойства наноматериалов. Влияние размерного фактора на свойства наночастиц. Нановолокна, нанопленки, объемные наноструктуры. Классификация методов получения наночастиц и наноматериалов. 2. Основные химические методы получения наночастиц Общие сведения о методах получения наночастиц. Получение частиц в газовой фазе. Осаждение наночастиц в газовой фазе. Сверхзвуковое истечение газов из сопла. Термическое разложение и восстановление. Получение наночастиц в жидкой фазе. Осаждение в растворах и расплавах. Осаждение при сверхкритических условиях. Зольгель метод. Электрохимический метод получения частиц. Получение частиц с использованием плазмы. Механохимический синтез. Биохимические методы получения наноматериалов. Криохимический метод. Общие сведения о криохимической технологии. Основные процессы криохимической технологии. 3. Основы процесса получения наночастиц в жидких средах Особенности получения наноматериалов в жидких средах. Зародышеобразование и рост наночастиц. Гомогенное и гетерогенное зародышеобразование. Влияние различных параметров системы на скорость зародышеобразования и кинетику роста нанокристаллов. Критический размер зародыша, зависимость от параметров системы. Кинетика роста наночастиц. Скорость роста, влияние пересыщения, ионного равновесия. Стабилизация наночастиц. 4. Синтез наночастиц методами осаждения Основные химические реакции, приводящие к синтезу наночастиц в жидких средах и их контролируемому выделению из растворов. Получение наночастиц золота. Синтез наночастиц серебра, платины, палладия и других благородных металлов. Способы стабилизации наночастиц в растворах – электростатическая, адсорбционная, хемосорбционная. Кинетический контроль роста наночастиц. Основные факторы, влия86 ющие на размер наночастиц. Применение методов осаждения для синтеза наночастиц, состоящих из сплава металлов, со структурой ядро-оболочка, многослойных структур. Синтез наночастиц оксидов металлов и нанокомпозитов. 5. Кристаллизация в растворах Основные теории роста кристаллов. Кристаллизация при пересыщении и переохлаждении. Способы кристаллизации. Способы замедления роста для синтеза наночастиц контролируемого размера. Роль процессов Оствальдова созревания и агрегации нанокристаллов в процессах синтеза наночастиц в жидких средах. 6. Классификация кластеров и наностуктур Молекулярные кластеры; безлигандные кластеры; коллоидные кластеры, твердотельные, матричные кристаллы и фуллериты; компактированные системы, тонкие пленки и нанотрубки. Получение кластеров и наноструктур. 7. Реакции в растворах Ионное равновесие в AgHal. Влияние изменения ионного равновесия на размер и морфологию синтезируемых наночастиц. Получение частиц разной формы. Пленки. Методы управления формой и размерами наночастиц. 8. Фотохимические реакции. Механохимия Фотохимическое восстановление. Основы механосинтеза. Деформация со сдвигом. Интенсивная пластическая деформация. 9. Испарение и конденсация Метод CVD, осаждение в инертной среде, прямая конденсация на подложку. Введение в теорию испарения и конденсации. Термическая аккомодация. Закон косинуса. Взаимосвязь между коэффициентами испарения, конденсации и термической аккомодации. Гомогенное и гетерогенное образование зародышей на поверхности. Влияние типа и характеристик подложки. Кристаллизация аморфных сплавов. 10. Лиганды в процессе синтеза и стабилизация наночастиц Стабилизирующие лиганды, материалы-предшественники и лиганды-спейсеры. Взаимодествие в комплексе ядро-лиганд. Влияние природы лигандной оболочки. Безлигандные кластеры. Основные стадии получения безлигандных кластеров (метод сверхзвукового сопла). 11. Нанотехнологии Молекулярно-лучевая эпитаксия. Основы процесса МЛЭ. Схема установки. Рост пленок при МЛЭ. Возможности метода. Газофазная эпитаксия. 12. Компактирование Компактирование нанокристаллических материалов Компактирование нанопорошков. Методы компактирования. Процессы рекристаллизации наноматериалов. 13. Криохимия Основные стадии процесса. Химические реакции в низкотемпературных конденсатах. Ячейки Кнудсена. Криореакторы. Активность, селективность и размерные эффекты. Реакции при сверхнизких температурах. Способы стабилизации наночастиц. 14. Химические нанореакторы Ансамбли с участием наночастиц. 15. Кинетика и катализ 87 Кинетические особенности химических процессов на поверхности наночастиц. Термодинамические особенности наночастиц. Катализ на наночастицах. Реакции оксидов металлов. 16. Наноматериалы и охрана окружающей среды Использование наноматериалов для защиты окружающей среды. Экология в производстве и применениии наноматериалов. Задачи лабораторного практикума 1. Получение наноструктур методом осаждения из раствора. 2. Получение наноструктур испарением в вакууме. 3. Исследование эволюции наночастиц оптическими методами. 4. Исследование полученных наносистем методами электронной микроскопии. 5. Исследование состава поверхности наносистем методом РФЭС. Список основной учебной литературы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. Г.Б. Сергеев. Нанохимия. Учебное пособие. Москва. 2006. 333 с. А.И. Гусев. Наноматериалы. Наноструктуры. Нанотехнологии. М., ФИЗМАТЛИТ, 2005. 416 с. Cуздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: Комкнига. 2006. 592 с. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология. Уч. пос. для вузов. М. Академкнига, 2006, 325 с. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: Методы получения и свойства. Екатеринбург, 1998. Губин С.П., Юрков Г.Ю., Катаева Н.А. Наночастицы благородных металлов и материалов их основе. М., 2006, 154 с. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. Уч. пос. для вузов. М., Академкнига, 2007. 309 с. Шик А.Я. и др. Физика низкоразмерных систем. СПб, Наука, 2001, 160 с. Д. Хирс, Г. Паунд. Испарение и конденсация. Металлургия. 1966. 195 с. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / Под ред. М. Роко, 3. Уильямса, П. Аливисатоса. М.: Мир, 2002. Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные материалы. М.: Академия, 2005. Губин С. П. Химия кластеров. М.; Наука, 1987. Свиридов В. В., Воробьева Т. Н., Гаевская Т. В., Степанова Л. И. Химическое осаждение металлов в водных растворах. Минск: Университетское, 1987. В.В. Свиридов, Т.Н. Воробьева, Т.В. Гаевская, Л.И. Степанова. Химическое осаждение металлов из водных растворов. Минск. 1987 Петров Ю. И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука. 1986. Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 88 Научные периодические журналы Журнал «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ» www.nanorf.ru Журнал общей химии Успехи химии Журнал физической химии Известия Академии Наук. Серия химическая Контрольные вопросы к зачету 1. Назовите сходство и различия классификации наночастиц разных авторов. 2. Назовите физико-химические особенности, связанные с уменьшением размера частицы. 3. Как проявляются внутренний и внешний размерные эффекты? 4. Сформулируйте особенности описания кинетики и термодинамики реакций с участием наночастиц. 5. Какие проблемы возникают при исследовании наночастиц? 6. Перечислите основные нанообъекты и приведите их определения. 7. Как можно классифицировать методы синтеза наночастиц? 8. Сформулируйте особенности химического восстановления при получении наночастиц металлов. 9. Приведите примеры получения наночастиц металлов химическим восстановлением. 10. Каковы функции органических растворителей в синтезе наночастиц? 11. Объясните, почему мицеллы и дендримеры можно использовать для стабилизации наночастиц. 12. Приведите примеры применения пористых структур для стабилизации наночастиц. 13. Объясните принципы золь-гель-метода и особенности использования сверхкритических растворов для синтеза наночастиц. 15. Назовите особенности конденсации веществ на холодные поверхности. 16. Опишите факторы, влияющие на реакции при низких температурах. 17. Приведите примеры установок для получения наночастиц с применением различных химических методов. 18. Как можно управлять размером и формой наночастиц? 19. Приведите примеры использования полимеров для управления формой наночастиц. 20. Назовите известные вам формы наночастиц. Приведите примеры. 21. Назовите методы исследования свойств частиц на поверхности и охарактеризуйте получаемую информацию. 22. Назовите методы исследования свойств наночастиц в объеме и охарактеризуйте получаемую информацию. 23. Объясните особенности и причины взрывных криореакций. 24. Приведите примеры применения полимеров для стабилизации моно- и биметаллических наночастии, 25. Охарактеризуйте особенности изменения проводимости моно- и би-наночастиц различных металлов. 1. 2. 3. 4. 5. 89 26. На каких свойствах жидких кристаллов основано их использование в качестве стабилизаторов? 27. Приведите примеры использования метастабильных комплексов для изучения активности частиц металлов. 28. Назовите специфические особенности реакций частиц металлов в низкотемпературных соконденсатах. 29. Проанализируйте реакционные возможности метода криоконденсации. 30. Поясните на примерах понятия активности и селективности наночастиц металлов. 31. Объясните на примере частиц серебра, как можно управлять их размером и формой. 32. Назовите наиболее перспективные пары для образования смешанных кластеров. 33. Охарактеризуйте преимущества низких температур при изучении реакций с участием частиц металлов. 34. Охарактеризуйте особенности метода матричной изоляции и требования к матрицам. 35. Что такое нанореакторы? 36. Приведите примеры размерных эффектов с участием частиц вольфрама и ванадия. 37. Приведите примеры реакций немонотонной зависимости от числа атомов железа. 38. Охарактеризуйте особенности процесса получения сольватированных частиц металлов. 39. Охарактеризуйте особенности получения биметаллических частиц FePt. 40. Что такое пересольватация частиц металла? Приведите примеры. 41. Приведите примеры получения частиц разной формы. 42. Приведите примеры и проанализируйте особенности реакций с участием частиц алюминия. 43. Приведите примеры реакций с участием четных и нечетных частиц. 44. Охарактеризуйте самоорганизацию частиц и стабилизирующих лигандов. Приведите примеры. 45. Приведите примеры и объясните процессы самоорганизации сферических и стержнеобразных частиц. 46. Сформулируйте условия, влияющие на самоорганизацию наночастиц. 47. Перечислите и охарактеризуйте методы исследования самоорганизации наночастиц. 48. Охарактеризуйте особенности химических реакций с участием фуллеренов. 49. Как получают нанотрубки? Какова химия нанотрубок? 50. Охарактеризуйте процессы заполнения нанотрубок. 51. Как осуществляют прививку функциональных групп к нанотрубкам? 52. Приведите примеры внедрения атомов и молекул в многослойные трубки. 53. Какие модели использованы для анализа взаимодействий металл - лиганд? 54. Охарактеризуйте модели, использованные для описания зависимости температуры плавления от размера частиц металла. 55. Охарактеризуйте зависимость оптических спектров от размеров частиц. 56. Как связана постоянная решетки с размером частицы? 57. Охарактеризуйте особенности кинетики реакций с участием малого числа частиц. 90 58. Охарактеризуйте особенности термодинамики наночастиц. 59. Охарактеризуйте влияние рН на термодинамику наночастиц. 60. Приведите примеры каталитических реакций на наночастицах различных металлов. 61. Приведите примеры размерных эффектов в фотокатализе. 62. Приведите примеры реакций нанокристаллических оксидов. 63. Приведите примеры получения и использования полупроводниковых наночастиц. 64. Объясните влияние размера частиц полупроводников на ширину запрещенной зоны. 65. Приведите примеры сенсорных материалов на основе полупроводниковых оксидов и гетероструктур. 66. Какие возможности открывает для получения сенсоров использование наноматериалов? 67. Приведите примеры фотохимических превращений с участием наночастиц. 68. Приведите примеры использования углеродных нанотрубок. 69. Охарактеризуйте методы использования наночастиц в биологии и медицине. 70. Назовите методы введения биоматериалов в живые клетки и организмы. 71. Охарактеризуйте процессы распознавания биомолекулами неорганических материалов. 72. Охарактеризуйте значение квантово-химических методов анализа и реакций в газовой фазе. 73. Сформулируйте возможности использования низких температур для развития нанотехнологий. 74. Охарактеризуйте проблемы масштабирования и воспроизводимости и их связь с размером изучаемых частиц. 75. Объясните значение для нанотехнологии исследований в широком интервале температур. 76. Сформулируйте возможные перспективные направления исследований в нанохимии и нанотехнологии. Темы для самостоятельной работы 1. Биологические методы синтеза наночастиц. 2. Внутриклеточный синтез наночастиц. 3. Элекрохимический метод получения наноматериалов. 4. Получение наноструктурированных наноматериалов. 5. Синтез нановолокон в пористых материалах. 6. Самоорганизация аночастиц. Матричная самоорганизация. 7. Формирование упорядоченных ансамблей бинарных наночастиц. 8. Матричный синтез наночастиц и наноматериалов. 9. Синтез наночастиц в микроэмульсиях и мицеллах. 10. Получение мезопористых силикатов. 11. Синтез нанокомпозитов наночастица-дендример. 12. Способы формирования нанокомпозитов в зависимости от уровня дендримера. 91 Дополнения и изменения к рабочей программе по курсу «Процессы получения наноматериалов и наноструктур» ведения о переутверждении рабочей программы на текущий уче бный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 92 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики «Утверждаю» Декан физического факультета Д.ф.м.н., профессор Ю.Н.Журавлев ______________________ (подпись) «___» ___________ 200_ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по лабораторному практикуму «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» для специальности 010701 ФИЗИКА факультет Физический курс: 5 семестр: 9 лекции местр практические занятия лабораторные занятия: 45 часов самостоятельные занятия: 45 часов Всего часов: 90 Составитель: к.х.н., доцент зачет 9 се- Звиденцова Н.С. 93 Кемерово, 2008 Рабочая программа составлена на основании примерной программы Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, рекомендованной 17.11.03 «УМО Физика» Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Протокол № ___ от «___» ________ 200__ г. Зав. кафедрой _________________/ __Л.В.Колесников./ (подпись, Ф.И.О.) Одобрено методической комиссией Протокол № ___ от «___» ________ 200 __ г. Председатель___________________/Золотарев М.Л./ (подпись, Ф.И.О.) 94 Пояснительная записка Цели и задачи: Лабораторный практикум «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» имеет цель дать студентам практические навыки проведения экспериментальных исследований. Работы проводятся на современном научном оборудовании кафедры экспериментальной физики и планируются в соответствии с научными направлениями, развиваемые кафедрой. Задачей лабораторного практикума «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» является ознакомление студентов с технологией получения регистрирующих систем и методами исследования сенситометрических и структурометрических характеристик систем регистрации информации. В ходе выполнения лабораторного практикума студенты овладевают навыками самостоятельной работы на автоматизированной установке синтеза дисперсий, осваивают операцию осаждения микроскристаллов бромида серебра, промывки и редиспергации, осваивают методики оценки эффективности работы центров концентрирования. Студенты самостоятельно проводят сенситометрические и денситометрические исследования, строят и обрабатывают характеристические кривые. При выполнении практикума студенты также осваивают методику определения разрешающей способности систем регистрации информации. Таким образом, студенты приобретают практические навыки научно-исследовательской работы в области исследования физико-химических систем и процессов записи информации. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов - Лабораторный практикум «Физико-химические процессы в регистрирующих системах»” является дисциплиной специализации «Физическое материаловедение». Проводится в 9 семестре, после прослушивания студентами курсов ОПД и основных курсов ДС по специализации «Физическое материаловедение». Структура курса – Лабораторный практикум включает 9 лабораторных работ. Перечень работ приведен ниже. Теоретические вопросы рассмотрены в учебнометодическом пособии «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» (конспект лекций), а также кратко даны в методическом пособии «Физические основы процессов записи информации» (Ч. 1, Ч. 2). Студенты самостоятельно готовятся к выполнению лабораторных работ. Особенности изучения дисциплины – По данному курсу не предусмотрено чтение лекций. Студенты индивидуально получают по одному экземпляру курса лекций и методические пособия к лабораторному практикуму (Ч.1, Ч.2). Форма организации занятий по курсу – По курсу ДС «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» проводятся лабораторные занятия (5 час в неделю) в течение одного (9-го) семестра. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов Лабораторные занятия предполагают самостоятельную работу по данному курсу. Предлагаются дополнительные темы для самостоятельного изучения, темы рефератов и списки основной и дополнительной литературы. Требования к уровню усвоения содержания курса – Знание теоретического материала и его использование при решении конкретных задач, понимание главных проблем и задач современного материаловедения и технологии производства систем регистрации информации, методов исследования систем регистрации информации, 95 понимание механизмов процессов в системах записи информации, а также грамотное использование получаемых знаний и умений в специальных дисциплинах. Объем и сроки изучения курса - определяются учебным планом подготовки студентов на физическом факультете университета. Лабораторный практикум проводится в 9 семестре. На изучение дисциплины отводится 90 часов, из которых 45 – лабораторные занятия, 45 час – самостоятельная работа. Виды контроля знаний и их отчетности – Перед выполнением лабораторной работы студенты получают допуск. После выполнения работы студенты самостоятельно проводят математическую обработку полученных экспериментальных результатов и делают выводы. По теоретической и практической части к каждой работе имеются вопросы к защите. По каждой лабораторной работе оформляется отчет. Работа защищается индивидуально или по отчету, подготовленному подгруппой. Итоговый контроль знаний по курсу проводится в форме зачета. Критерии оценки знаний студентов по курсу – Требуется обязательное посещение и выполнение всех работ лабораторного практикума и защита лабораторных работ. Оценка знаний производится по двухступенчатой шкале (зачтено, не зачтено). Зачет выставляется при условии успешного выполнения всего цикла лабораторных работ, защиты, выполнения всех контрольных заданий. Содержание практикума Лабораторная работа 1. «Синтез микрокристаллов галогенидов серебра методом контролируемой двухструйной кристаллизации». Лабораторная работа 2. «Адсорбция серо- и золото-содержащих соединений на поверхности микрокристаллов бромида серебра. Топография и число центров концентрирования». Лабораторная работа 3. «Создание центров концентрирования на поверхности микрокристаллов галогенидов серебра в процессе модификации и адсорбции стабилизаторов». Лабораторная работа 4. «Исследование эффективности центров концентрирования при адсорбции серосодержащих соединений. Кинетика процесса». Лабораторная работа 5. «Оценка эффективности каталитического действия центров концентрирования серебра». Лабораторная работа 6. «Основы сенситометрического метода исследования». Лабораторная работа 7. «Электронно-микроскопическое исследование состояния поверхности микрокристаллов галогенидов серебра до и после адсорбции стабилизаторов и красителей». Лабораторная работа 8. «Определение спектрального состава систем регистрации информации». Лабораторная работа 9. «Основы резольвометрии. Определение разрешающей способности». Методические указания к проведению практикума. 1. Методические указания к выполнению работы «Синтез микрокристаллов галогенидов серебра методом контролируемой двухструйной кристаллизации». 96 Цель работы: Синтезировать микрокристаллы бромида серебра заданного размера и габитуса. Определить дисперсионный состав полученных микрокристаллов (МК) по электронно-микроскопическим снимкам. Оборудование: Установка контролируемой двухструйной кристаллизации, включающая: реактор, термостат, перистальтический насос, иономер, БАТ, мешалку. Красные фонари. Пресс для «червячной промывки». Химическая посуда. Реактивы. Работа выполняется в несколько этапов. 1. Проведение стадии кристаллизации и физического созревания. 2. Проведение осаждения химическим осадителем СПС. 3. Проведение операции промывки от водорастворимых солей. 4. Редиспергация и подготовка к хранению. 5. Определение среднего размера микрокристаллов по электронномикроскопическим снимкам (самостоятельно, во внеаудиторное время). 6. Представление отчета и защита работы по предлагаемому списку вопросов (см. УМП, «Физические основы процессов записи информации. Ч.1). 2. Методические указания к выполнению лабораторных работ: «Адсорбция серо- и золото-содержащих соединений на поверхности микрокристаллов бромида серебра. Топография и число центров концентрирования», «Создание центров концентрирования на поверхности микрокристаллов галогенидов серебра в процессе модификации и адсорбции стабилизаторов», «Исследование эффективности центров концентрирования при адсорбции серосодержащих соединений. Кинетика процесса», «Оценка эффективности каталитического действия центров концентрирования серебра», «Основы сенситометрического метода исследования». Цели работ: Провести адсорбцию серо- и золото-содержащих добавок на поверхности микрокристаллов бромида серебра. Исследовать кинетику процесса создания центров концентрирования серебра. Оценить эффективность работы центра концентрирования. Провести денситометрические испытания проявленных и высушенных сенситограмм. Построить и обработать характеристические кривые. Определить сенситометрические характеристики материала. Оборудование: Термостат UTU-4, сенситометр ФСР-41, денситометр ДП-1М, фотоматериал, сенситограммы. Обрабатывающие растворы. Работа выполняется в несколько этапов. 1. Проведение процесса адсорбции серо- и золото-содержащих добавок. Тип добавок и концентрации указывает преподаватель. Время адсорбции 3-4 час. Отбор проб каждые 30 мин. Конкретные условия проведения процесса указаны в методическом пособии, Ч.1. 2. Сушка материала (в зависимости от температуры в лаборатории). Резка пленок и экспонирование материала (условия указаны в пособии). 3. Обработка материла (условия указаны в пособии, Ч.1). 4. Измерение сенситограмм на денситометре ДП-1М. Построение графиков. 5. Обработка характеристических кривых. Определение эффективности работы центра концентрирования по результатам исследования полученного материла. 97 6. Представление результатов работы, защита отчета. Перечень вопросов приведен в УМП, Ч.1. 3. Методические указания к выполнению работ: «Электронномикроскопическое исследование состояния поверхности микрокристаллов галогенидов серебра до и после адсорбции стабилизаторов и красителей». «Определение спектрального состава систем регистрации информации». Цели работ: Ознакомиться с принципом работы прибора УКЭП-1М. Определить общую и эффективную чувствительность и дать характеристику материала. Определить спектральный состав системы регистрации информации. Ознакомиться с методикой расчета числа центров концентрирования на единице поверхности микрокристалла. Оборудование: Универсальный контактно-экспозиционный прибор «УКЭП1М». Набор светофильтров. Образцы материалов. Обрабатывающие растворы. Денситометр ДП-1М. Электронно-микроскопические снимки угольных реплик микрокристаллов галогенидов серебра. Масштабная линейка. Работа выполняется в несколько этапов. 1. Экспонирование образцов материалов за разными светофильтрами (общий, красный, желтый, зеленый). 2. Химико-фотографическая обработка. 3. Сушка проявленных слоев. 4. Измерение сенситограмм на денситометре ДП-1М. 5. Построение графиков. 6. Обработка характеристических кривых. 7. Определение сенситометрических показателей материала и определение спектрального состава. 8. Методика подсчета центров концентрирования серебра. Построение гистограмм. 9. Оформление и защита отчета. Перечень вопросов приведен в УМП, Ч.2. 4. Методические указания к выполнению работы: «Резольвометрия. Определение разрешающей способности материалов». Цель работы: Определение разрешающей способности системы регистрации информации. Оборудование: Резольвометр. Набор мир абсолютного контраста Ащеулова. Оптический микроскоп «Биолам». Образцы материала. Обрабатывающие растворы. Работа выполняется в несколько этапов. 1. Экспонирование миры абсолютного и малого контраста. 2. Химико-фотографическая обработка. 3. Сушка проявленных слоев. 4. Рассматривание резольвограмм под микроскопом. 5. Оформление и защита отчета. Перечень вопросов приведен в УМП, Ч.2. Список рекомендуемой литературы к лабораторному практикуму: 1. Методическое пособие к лабораторному практикуму “Физические основы процессов записи информации”, Ч.1, Кемерово, 2000. 2. Методическое пособие к лабораторному практикуму “Физические основы процессов записи информации”, Ч.2, Кемерово, 2000. 98 Методическое пособие «Физико-химические процессы в регистрирующих системах». Курс лекций. Кемерово, 2006. 4. Шеберстов В.И. "Основы технологии светочувствительных материалов", М., Химия. 1977. 5. Гороховский Ю. Н. "Спектральные исследования фотографического процесса", М., 1960. 6. Зернов В.А. "Фотографическая сенситометрия", М., Искусство, 1980. 7. Мейкляр П.В. "Физические процессы при образовании скрытого фотографического изображения". М., Наука, 1972. 8. Джеймс Т.Х. "Теория фотографического процесса", Пер. с англ. Л. Химия, 1980. 9. Миз К., Джеймс Т.Х. "Теория фотографического процесса", Л., Химия, 1973 г. 10. Чибисов К.В. "Природа фотографической чувствительности", М., Наука, 1980. 11. Митчел Э. "Фотография", М., Мир, 1988. 12. Шапиро Б.И. “Теоретические начала фотографического процесса”, М., 2000. 3. Контрольно-измерительные материалы. Контрольные вопросы к зачету 1. Назовите продукты фотолиза галогенидов серебра. Минимальный центр концентрирования. Оценка размера. 2. Какова природа центров концентрирования, образующихся при адсорбции красителей, сенсибилизаторов, модификаторов и стабилизаторов. Дайте оценку эффективности работы центра концентрирования. 3. Какие функции выполняют центры концентрирования при адсорбции серо- и золото-содержащих добавок, красителей, стабилизаторов. 4. Определите по характеристической кривой сенситометрические характеристики систем записи информации 5.Перечислите основные процессы, относящиеся к первичной и вторичной обработкам. Определите назначение каждой стадии. 6. Перечислите основные процессы, протекающие при кристаллизации бромида серебра. 7. Запишите уравнение Фрейндлиха-Оствальда. Дайте оценку минимального размера зародыша кристалла. 8. Перечислить основные параметры, влияющие на средний эквивалентный размер микрокристалла. 9. Оптическая плотность почернения, оптическая плотность вуали, экспозиция. Укажите единицы измерения. 11.Опишите состав типичного проявителя и сформулируйте функции каждого компонента. 12.Скрытое изображение. Минимальный центр скрытого изображения. 13.Дайте общую характеристику красителей-спектральных сенсибилизаторов. 14. Светочувствительность, числа светочувствительности, экспозиция, вуаль, оптическая плотность почернения. 15. Оствальдовское созревание. Роль ОС в процессе двухструйной кристаллизации. 16. Анализ физических методов исследования регистрирующих систем записи информации на основе микрокристаллов галогенидов серебра (метод диэлектриче99 ских потерь, метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, электронной микроскопии). Контрольные задания 1. Определить предельную концентрацию иодида в смешанных МК AgBrI при температуре 80o С. 2. Определить параметры решетки смешанных МК AgBrI при содержании примеси 7 мол. %. 3. Определить параметры решетки смешанных МК AgBrCl при содержании примеси 3 мол. %. 4. Известно, что в некотором конкретном случае съемки выдержка в 0,5 сек дает правильную экспозицию. Если увеличить время экспонирования до 1 сек, то какую поправку в освещенность надо внести, чтобы сохранить экспозицию. 5.При съемке объекта используется черно-белая пленка со светочувствительностью 125 ASA. Выдержка составляет 1/250 сек. Какое должно быть время экспонирования пленки со светочувствительностью 32 ASA, ЕСли не изменять диафрагму. 6.Известно, что в некотором конкретном случае съемки выдержка в 0,5 сек дает правильную экспозицию. Если увеличить время экспонирования до 1 сек, то какую поправку в освещенность надо внести, чтобы сохранить экспозицию? 7. Определить предельную концентрацию иодида в МК AgBrI при температуре 60o С. 8. Определить число зародышей в 1 см3 фотоэмульсии, если RG=10 мл/мин, Т = 40°. Перечислить основные параметры, влияющие на средний эквивалентный размер МК. 9. Определить параметры решетки смешанных МК AgBrI и AgBrCl при содержании примеси 7 мол. %. Основные соотношения: dAgCl = 5.5502 + 2,246 10-3 [Br-] dAgBr = 5,7748 + 3,68 10-3 [I-] 10. Определить предельную концентрацию иодида в МК AgBrI при температуре 80o по уравнению: [I-]пред. = 31,2 + 0,165(Т - 25о) Темы для самостоятельной работы: 1. Современные системы записи информации. 2. Технологические аспекты получения фотоматериалов. 3. Формы и размеры микрокристаллов AgHal. 4. Основные процессы при кристаллизации: ядрообразование, коалесценция, оствальдовское созревание. 5. Кристаллическая решетка AgHal. Смешанные кристаллы. Дефектность кристаллов, типы дефектов в МК AgHal. 6.Типы химической сенсибилизации. Восстановительная сенсибилизация. Сернистая сенсибилизация. Золотая сенсибилизация. Смешанная сенсибилизация. 100 Дополнения и изменения к рабочей программе по лабораторному практикуму «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» сведения о переутверждении рабочей программы на текущий учебный год и регистрация изменений № У Содержание Преподаизчебный изменений ватель- разрамегод ботчик програмнения мы Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ЭФ Протокол №____ «__» _____ 200_ г. Внесенные изменения утверждаю: Первый проректор КемГУ (декан) «___» _______ 200_г. 101 Министерство образования Российской Федерации Кемеровский государственный университет Кафедра экспериментальной физики УТВЕРЖДАЮ Декан физического факультета д.ф.м.н., профессор Ю.Н. Журавлев «___» ___________ 2008 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Специальный семинар «Исследование процессов в конденсированных средах» для специальности 010700 «Физика» факультет Физический Экзамен: 6 семестр Зачет: 6 семестр Курс: 5 Семестр: 10 Семинары: 60 час Самостоятельная работа: 54 час. Всего часов: 114 час. Составитель: д.ф.-м.н., профессор Л.В.Колесников Кемерово-2008 102 Введение. В соответствии с научным направлением кафедры студентам на пятом курсе предлагаются темы дипломных работ, которые как правило, являются продолжением курсовых работ. Для систематического рассмотрения результатов выполнения плана работы по подготовке дипломных работ к защите предусмотрено их широкое обсуждение на семинарских занятиях. Темы семинарских занятий сформулированы таким образом, что они охватывают все направления исследовательских работ на кафедре. Предусматривается три выступления на семинаре каждого студента по теме дипломной работы, которые включают изложение: физических принципов используемых экспериментальных методик и информации получаемой в эксперименте; изложение и анализ экспериментальных результатов; общий доклад по дипломной работе. При этом все студенты принимают участие в обсуждении тем докладов. Это способствуют развитию методологии при организации исследовательской работы и анализе экспериментальных результатов. На основании сделанных докладов и активности на всех семинарских занятиях выставляется зачет и принимается решение о допуске работы к защите. Примерная программа семинарских занятий 1. Физико-химические проблемы выращивания кристаллов. 2. Фотографические системы регистрации информации. 3. Дефекты в кристаллах и методы их исследования. 4. Реконструкция и релаксация поверхности и формирования слоя пространственного заряда. 5. Моделирование процессов модификации поверхности микрокристаллов галогенидов серебра. 6. Применение электронной микроскопии в исследовании твердых тел. 7. Новые информационные технологии в образовании. 8. Фотоэлектронная спектроскопия в физико-химических исследованиях. 9. Колебательная спектроскопия твердого тела. Динамика кристаллической решетки. 10. Техника и методика спектроскопии ИК-поглощения и комбинационного рассеяния света. 11. Исследование волн поляризации в ионных кристаллах. 12. Методика преподавания физики и информатики. 13. Получение и свойства дисперсных систем на основе металлов, полупроводников и диэлектриков. 14. Диэлектрические потери в конденсированных системах. 15. Оптические свойства металлов, полупроводников и диэлектриков. Литература. 1. 2. Дипломные работы, защищенные по рассматриваемой теме. Литература в курсах дисциплин специализации. 103 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» Кафедра экспериментальной физики «Утверждаю» Декан физического факультета ______________________ (подпись) «___» ___________ 200_ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по __производственной практике_____ для специальности 010701 ФИЗИКА___ факультет Физический Курс 4 Семестр 8 Всего часов: 216 час Зачет диф. (8 семестр) Курс 5 Семестр 9 Всего часов: 432 час Зачет диф. (9 семестр) Составитель: к.х.н., доцент кафедры ЭФ КемГУ Звиденцова Н.С. Кемерово 2008 Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 104 010701 – Физика, квалификационной характеристикой выпускника университета специальности 010701 «Физика» и положением об организации практики студентов физического факультета (2003). Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Протокол № ___ от «___» ________ 200__ г. Зав. кафедрой _________________/ ____________./ (подпись, Ф.И.О.) Одобрено методической комиссией Протокол № ___ от «___» ________ 200 __ г. Председатель___________________/Золотарев М.Л./ (подпись, Ф.И.О.) 105 Оглавление 1. Пояснительная записка……………………………………………106 2. Содержание и организация практики…………………………….106 3. План-график практики…………………………………………….108 4. Задания практики…………………………………………………..108 5. Отчет студента о практике…………………………………………108 6. Документы, представляемые руководителем практики…………109 7. Базы практик и список предприятий………………………………112 8. Приложения………………………………………………………….113 9. Договора с предприятиями………………………………………….114 106 1. Пояснительная записка Программа производственной практики для студентов специализаций «Физическое материаловедение» и «Физическая информатика» составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности 010701 – «Физика», в которых указано, что специалист должен: - иметь опыт проведения физических исследований; - владеть навыками исследований физических объектов; - владеть методами физических исследований различных объектов и систем, математическими методами обработки результатов. Требования к организации практик: Производственная практика предназначена для ознакомления студентов с реальным технологическим процессом и закрепления теоретических знаний, полученных в ходе обучения. Производственная практика проводится на предприятиях физического профиля, на полузаводских и макетных установках в лабораториях научно-исследовательских институтов. Научно-исследователь-ская практика проводится в научно-исследовательских лабораториях. Практика по дополнительной квалификации проводится в соответствии с ее спецификой в порядке, установленном вузом (факультетом). Сроки проведения практики утверждаются ректоратом (деканатом) в соответствии с требованиями к учебному плану. По окончании практик студентпрактикант отчитывается о проделанной работе перед комиссией вуза и представителями принимающей организации. Форма оценки (зачет, дифференцированный зачет) предусматривается учебным планом Цель производственной практики – проведение студентом научных исследований в соответствии с темами курсовых и дипломных работ в условиях деятельности научно-исследовательских и производственных коллективов. Задачи производственной практики: 1. Формирование навыков работы со специальной литературой; 2. овладение методиками физических исследований; 3. сбор фактического материала по проблеме; 4. математическая обработка результатов исследований 5. овладение навыками письменного оформления результатов; 6. знакомство с научными проблемами исследовательского коллектива базы практики. 2. Содержание и организация практики Организация практики регламентируется в соответствии с «положением о производственной практике»: на 4-м курсе – 4 учебные недели весеннего семестра, на 5-м курсе – 8 учебных недель (всего 54 час в неделю, из них - 36 часов отводится на практику, 18 час – на самостоятельную работу студентов). Производственная практика может проходить в лабораторных условиях на базе лабораторий кафедры ЭФ и подразделений университета, других вузов, НИИ, вычислительных центров, медицинских и учебных учреждений города и области, цен107 тров компьютерных систем, банков, и др. учреждений, работающих с определенным контингентом детей, учащихся, студентов, преподавателей, сотрудников. Практика в сторонних организациях осуществляется на основе договоров и гарантийных писем. Направление на практику осуществляется по приказу, где указаны: Ф.И.О. студента, группа, база практики, руководитель, сроки практики. Проект приказа готовит ответственный за проведение практики. Общее руководство практиками осуществляет заведующий кафедрой экспериментальной физики. Каждый студент закрепляется за руководителем, который назначается кафедрой. Руководителем может быть преподаватель кафедры, являющийся научным руководителем дипломного проекта, куратором практики – сотрудник или аспирант кафедры, проводящий исследования по научной проблеме, или сотрудник учреждения, на базе которого студент проходит практику. Кураторы оказывают помощь студенту в освоении методик. Для каждого студента - практиканта (стажера) научным руководителем составляется индивидуальный план работы в соответствии с темой курсовой и дипломной работ, который вписывается в дневник практики (или дневник самостоятельной работы). Там же обозначаются сроки практики. Руководитель практики должен ознакомить студента с правилами охраны труда и техники безопасности и провести первичный инструктаж (под роспись в журнале по ТБ). Инструкции по охране труда имеются в каждой лаборатории кафедры и учреждении базы практик. В том случае, если практика проходит в другом учреждении, план практики обсуждается с руководителем от организации, выступающей в качестве базы практики. Организация практики: Во время практики устанавливается 6-дневная рабочая неделя с 6-часовым рабочим днем. Во время практики студент ведет дневник, где ежедневно ведет записи о проделанной работе. В дневнике руководитель практики оформляет характеристику на студента (отзыв). По окончании практики студентом составляется отчет о практике, который защищается на заседании кафедры. По итогам отчета выставляется оценка (дифференцированный зачет) и делается заключение о возможности написания курсовой и дипломной работ. Студент, прошедший производственную практику, должен знать: 1. направления научных исследований и основные достижения научного коллектива базы практики; 2. основную специальную литературу по теме исследований: монографии, специализированные журналы; 3. характеристику объекта и условия исследования; 4. правила организации научных исследований по своей теме; 5. требования к оформлению рабочих журналов; 6. принципы, на которых построены методики проведения исследования и обработки полученных данных; 7. правила формирования базы данных и списка литературы. Уметь: 108 1. конспектировать научную литературу и формировать списки литерату- ры; 2. проводить исследования согласно специальным методикам; 3. проводить соответствующую математическую обработку результатов и формировать базу данных; 4. составлять отчеты по итогам практик. 3. План-график практики План-график составляется в соответствии со спецификой работы студента научным руководителем от вуза и утверждается руководителем от организации. При составлении графика для студента должна быть предусмотрена возможность работы в библиотеке и время для математической обработки результатов. План-график включает номер и наименование задания, место и сроки его выполнения, виды отчетности. 4. Задания практики 1. Работа со специальной литературой. Студент должен проработать основные монографии, диссертации (при возможности), дипломные работы, просмотреть специализированные журналы. На каждый источник необходимо составить библиографическую карточку и реферат. При наличии в журналах статей по изучаемому вопросу они также конспектируются и на них составляется картотека. Кроме того, необходимо проанализировать интенсивность публикаций на данную тему в журналах. В конце практики студент должен представить руководителю картотеку и рефераты литературных источников. 2. Сбор фактического материала. Студенту необходимо подготовить характеристику объекта и условий проведения исследований. При освоении методик необходимо разобраться, на чем они основаны, кто их автор, а также тщательно их законспектировать. Данные наблюдений и экспериментов обязательно необходимо занести в рабочие журналы. На обложке журнала указывается тема, исполнитель, сроки проведения исследований. Обязательно составляется список условных обозначений, которые применяются в записях. Записи должны вестись четко, аккуратно, с указанием дат, единиц измерения. Рабочие журналы проверяются и заверяются научным руководителем. 5. Отчет студента о практике Отчет студентов заслушивается на заседании кафедры экспериментальной физики. Студент должен представить руководителю следующие документы: 1. картотеку и рефераты проработанных литературных источников; 2. рабочие журналы, сводные таблицы, сформированную в компьютерном варианте базу данных; 3. дневник практики; В дневнике записываются: дата, содержание выполненной работы, замечания руководителя. 4. характеристику руководителя от организации с рекомендуемой оценкой (или на фирменном бланке отдельно – отзыв-характеристику с подписью и печатью 109 организации - базы практики). В характеристике должны содержаться следующие сведения: - уровень теоретической подготовки студента; - умение применять теоретические знания на практике; - деловые и организаторские качества практиканта; - отношение к работе; - общественная активность и инициативность; - дисциплинированность; - рекомендации по использованию данного практиканта в структуре профессиональной деятельности, рекомендуемая оценка по итогам практики. Характеристика должна быть заверена подписью руководителя практики от учреждения-базы практики и печатью. 4. Письменный отчет о прохождении практики. Структура отчета: - Тема исследований; - Цели и задачи практики; - Общая характеристика учреждения, отдела, лаборатории – базы практики, сроки практики. - Описание объекта исследования, методик, краткая характеристика полученных данных (число проведенных опытов, сборов, наблюдений), объем проработанной литературы и сведения об обнаруженных источниках по теме исследования; - Предварительные выводы из полученного материала; - Заключение о необходимости продолжения обработки результатов. - Предложения по совершенствованию практики. 6. Документы, представляемые руководителем практики 1. Индивидуальные планы- графики работы студента. 2. Характеристики студентов-практикантов. Характеристика должна быть заверена подписью руководителя от учреждения - базы практики и печатью. 3. Справку на оплату за руководство практикой от организации – базы практики. 4. Письменный отчет о руководстве практикой. Структура отчета: - Характеристика баз практик и ее руководителей. - Сведения о числе студентов, направленных на практику, своевременность их прибытия, итогах прохождения практике и защиты. - Анализ выполнения заданий. - Предложения по совершенствованию практики и выбору баз практики. Преподаватель-руководитель практики на основании представленной документации предлагает оценку по итогам практики. Окончательная оценка выставляется по итогам устной защиты, где оценивается также владение материалом и ответы на вопросы. 110 Приложение 1 Образец договора ДОГОВОР о проведении производственной практики студентов Кемеровского государственного университета в управлениях, организациях и службах администрации г. Кемерово Мы, нижеподписавшиеся, с одной стороны Кемеровский государственный университет, именуемый в дальнейшем «КемГУ», в лице ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ (фамилия, имя, отчество, должность) действующего на основании Устава КемГУ и, с другой стороны ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ (наименование предприятия, учреждения, организации) именуемый в дальнейшем «Предприятие», «Учреждение», «Организация» в лице ________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ (фамилия, имя, отчество, должность) действующего на основании ___________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________ (распоряжения, доверенности) в соответствии с Законом Российской Федерации «Об образовании» в редакции федерального закона от 13.01.1996г. 12 – Ф3, Федеральным законом «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» от 22 августа 1966 г. № 125-Ф3, Государственным образовательным стандартом профессионального высшего образования, Положением о порядке проведения практики студентов образовательных учреждений высшего профессионального образования (2003 г.) заключили договор между собой о нижеследующем. 1. Предприятие (учреждение, организация) обязуется: 1.1. Предоставить университету в соответствии с прилагаемым календарным планом _____ мест для проведения производственной практики студентов. 1.2. Согласовать представленную КемГУ программу производственной практики. 1.3. Обеспечить студентам условия безопасной работы на каждом рабочем месте. Проводить обязательные инструктажи по охране труда: вводный и на рабочем месте с оформлением установочной документации; в необходимых случаях проводить обучение студентов - практикантов безопасным методам работы. 1.4. Расследовать и учитывать несчастные случаи, если они произойдут со студентами в период практики на предприятии, в учреждении, объединении, организации, в соответствии с Положением о расследовании и учете несчастных случаев на производстве. 1.5. Создать необходимые условия для выполнения студентами программы производственной практики. Не допускать использования студентов – практикантов на работах, не предусмотренных программой практики и не имеющих отношения к специальности студентов. 1.6. Назначить квалифицированных специалистов для руководства производственной практикой в подразделениях предприятия, учреждения, организации. 1.7. Предоставить студентам – практикантам и преподавателям КемГУ пользоваться кабинетами, библиотекой, документацией в подразделениях учреждения, предприятия, организации, необходимыми для успешного освоения студентами программы производственной практики и выполнения ими индивидуальных заданий. 1.8. Обеспечить студентов-практикантов помещениями для практических и теоретических занятий. 1.9. В соответствии с графиком проведения практики, согласованным с КемГУ, осуществлять перемещение по рабочим местам в целях более полного ознакомления практикантов с предприятием, учреждением, организацией. 1.10. Обеспечить учет выходов на практику студентов- практикантов. Обо всех случаях нарушения студентами трудовой дисциплины и правил внутреннего распорядка предприятия, учреждения, организации сообщать в КемГУ. 111 1.11. По окончании производственной практики дать характеристику о работе каждого студента и качества подготовленного им отчета. 2. КемГУ обязуется: 2.1. За два месяца до начала производственной практики представить предприятию, учреждению, организации для согласования программу производственной практики и календарные графики прохождения практики. 2.2. Предоставить предприятию, учреждению, организации список студентов, направляемых на производственную практику, не позднее, чем за неделю до начала практики. 2.3. Направить на предприятие, в учреждение, организацию студентов в сроки, предусмотренные календарным планом проведения практики. 2.4. Выделить в качестве руководителей практики наиболее квалифицированных профессоров, доцентов и преподавателей. 2.5. Обеспечить соблюдение студентами трудовой дисциплины и правил внутреннего распорядка, обязательных для работников данного предприятия, учреждения, организации. 2.6. Оказывать работникам предприятия, учреждения, организации – руководителям практики студентов методическую помощь в организации проведения практики. 2.7. Принимать участие в расследовании комиссией предприятия, учреждения, организации, несчастных случаев на производстве. 2.8 Производить оплату руководителям практики от внешних баз согласно инструкции «По оплате всех видов практик студентов, обучающихся на дневном отделении Кемеровского госуниверситета» от 21 мая 2001 г. 3. Ответственность сторон за выполнение договора. 3.1. Стороны несут ответственность за невыполнение возложенных на них обязанностей по организации и проведению практики студентов в соответствии с ТК РФ и Положением о производственной практике студентов, и действующими правилами по охране труда. 3.2. Все споры, возникающие между сторонами по настоящему договору, разрешаются в установленном порядке. 3.3. Договор вступает в силу после его подписания КемГУ, с одной стороны, и предприятиями учреждениями, организациями, с другой стороны. Срок действия договора ________________. 3.4. Юридические адреса сторон: Кемеровского госуниверситета: 650043, г. Кемерово, ул. Красная, 6, тел. 58-07-55 Предприятия, учреждения, организации: _____________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________ Подписи, печати Университета Предприятия, учреждения, организации 112 7. Базы практик 1. ЗАО «Ижица» 2.Экспертно-криминалистический центр ГУВД Кем. Обл. 3.ОАО АКБ «Кузбассугольбанк» 4. ООО «Кемеровохиммаш» 5. Департамент Федеральной Государственной службы занятости населения по Кем. Обл. (Отдел АСУ) 6. АСУ ОДУ Сибири РАО «ЕЭС России» 7. ОАО «Электросвязь» КО филиал КемМТС 8. ОАО «Азот» 9. ИВЦ Зап. Сиб. ЖД 10. НИИ «Ядерной физики» при Томском политехническом университете 11. «Кузбассмаркшейдерия» 650043, г. Кемерово, ФПК т. 31-14-90 Кемерово, ул. Н.Островского, 17. Тел. 29-74-76, 29-79-28 650099, г. Кемерово, пр. Октябрьский,2, т.52-3859 650070, Кемерово, ул. Терешковой 45. Т. 31-30-11 650060, г. Кемерово, пр. Ленина, 141-г, т. 53-98-33, т. 35-68-64 650620, г. Кемерово, ГСП-2, ул. Кузбасская, 29. т. 36-79-08 650066, г. Кемерово, пр. Ленина, 64-а, т. 52-38-12 650099, Кемерово, Т.22-16-91, 28-43-87 650066 , Россия, г. Кемерово, проспект Октябрьский, д. 1а (3842) 32-45-66 634050, Томск, пр. Ленина, 2-а, Т.(83822) 42-39-80 650002, Кемерово, ул. Институтская, 22 Т. 24-31-00 Кемерово, пр. Советский, 73 650066, Кемерово, пр. Октябрьский, 53/2, офис 202, Т. 35-03-05 12. ЦНИТ КемГУ 13. ООО «ОРТ-Компьютерная компания», Отдел сетевых проектов Кемеровская обл., 14. ОАО Гурьевское рудоуправление 15. ОАО «Электросвязь» КО, филиал «Кемеровская Городская телефонная сеть» 16. ЗАО «Кузбасская сотовая связь» 17. ФГУП «Кемеровская государственная телерадиовещательная компания «Кузбасс» 18. Кемеровская медицинская академия 19. Испытательная противопожарная лаборатория УГПС МЧС по КО 20. ГУ Кемеровская лаборатория судебной экспертизы Министерства Юстиции РФ 21. ООО НПФ «Радэк» 22. Кемеровское ОСБ № 8615 23. ОАО «УВКХ г. Ленинска-Кузнецкого» 24. МРЦПК КемГУ 25. ЗАО «Барс А» 26. ГУВД по КО г. Гурьевск, Т. 2-28-05 650099, Кемерово, ул. Красноармейская, 99. Т. 25-14-45 Кемерово, ул. Кирова, 45, т. 36-33-63 650036, Кемерово, ул. Телецентр, Т. 55-33-19 Кемерово, ул. Ворошилова, 22-а. Тел. 55-78-89 г. Кемерово, ул. Красная, 11-г. Тел. 25-75-11 г. Кемерово, ул. 40 лет Октября, 20. Тел. 62-5568, 62-52-04 Кемерово, Красная, 6 Т. 58-19-40, 58-19-18 Пр. Октябрьский, 53, т.35-57-76, 35-16-25 652523, Кемеровская обл., г. Ленинск-Кузнецкий, ул.Телефонная, 7, Т. (384-56)7-99-91 Кемерово, ул. Тухачевского, 33-а Тел. (384-2) 31-07-60; 31-14-72 Кемерово, ул. Сарыгина, 29. Т. 21-37-65 650620, г. Кемерово, ул. Островского, 17, т.36-34-42 113 27. Управление Федерального Казначейства МФ Кемерово, ул. Мичурина, 54 Т. 59-00-94 РФ по КО 28. Институт угля и углехимии СО РАН 650610, г. Кемерово, ул. Рукавишникова, 21, т. 28-14-33 650620, Кемерово, ГСП, ул. Н. Островского, 17, Т.29-73-12, 29-77-63 650025, г. Кемерово, ул. Сарыгина, 7, т. 36-90-03 29. ГУВД УМТ и ХО КО 30. Управление государственного надзора за связью и информатизацией в РФ по КО 31. Кемеровский филиал института физики твер- Кемерово, пр. Советский 18, т.36-37-66 дого тела и механохимии СО РАН 32. ОАО «МРСК Сибири» Филиал «Кузбассэнер- Кемерово, Н. Островского, 11. т. 39-09-43 го-РЭС» Тел: (251)-7-41-53. 33. ООО «ПО «ЮРМАШ» (Юргинский машиностроительный завод) 34. Кузбасское отделение Западно-Сибирской железной дороги ОАО «РЖД» Тел: (3842)-32-45-66. 35. Управление Федерального Казначейства (УФК) МФ РФ по Кемеровской области 650099, г. Кемерово, ул. Мичурина, 54 8. Приложение Образец ходатайства ОАО «МРСК-Сибири» «КУЗБАССЭНЕРГО-РЭС» Региональные электрические сети Директору Фролову В.Е. Ходатайство Кемеровский государственный университет ходатайствует о предоставлении места для прохождения производственной практики в ОАО «МРСК-Сибири» КУЗБАССЭНЕРГО-РЭС Региональные электрические сети в период с 3.11.08. по 29.12.08. студентке 5 курса гр. Ф-042 физического факультета КемГУ Тимофеевой Екатерине Юрьевне (специализация «Физическое материаловедение»). В случае согласия просим определить руководителя от вашей организации. Руководитель от Кемеровского госуниверситета – доцент кафедры экспериментальной физики Звиденцова Н.С. Первый проректор КемГУ Невзоров Б.П. Приложение 3 114 9. Образец приказа на практику ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» (КемГУ) ПРИКАЗ ______________________г.Кемерово_____________________ О прохождении производственной практики В соответствии с учебным планом по дополнительной подготовке и графиком учебного процесса направить на непрерывную производственную практику с 1 ноября 2006 г. по 30 апреля 2007 года студентов 5 курса физического факультета Студент № Группа База практики Василевская 1 А.В. Лепилова 2 А.Ю. Карачев 3 А.С. Анфимов 4 А.А. Подлегаев 5 А.М. Пехтерев 6 Д.С. Санкович 7 И.А. Тарасова 8 А.Н.. Гутов 9 К.Н. Ф-022 Ф-023 Ф-023 Ф-022 Ф-023 Ф-023 Ф-023 Ф-021 Ф-022 Сухаревский 1 М.В. Ф-022 Шагиахметова 1 А.О. Ф-021 ЭКЦ ГУВД по КО ЭКЦ ГУВД по КО Гор. УВД Гор. УВД УВД Центрального района УВД Центрального района Прокуратура Прокуратура Государственное учреждение «Судебно-экспертное учреждение Федеральной противопожарной службы «Испытательная пожарная лаборатория» по КО» Государственное учреждение «Судебно-экспертное учреждение Федеральной противопожарной службы «Испытательная пожарная лаборатория» по КО» Государственное учреждение «Судебно-экспертное учреждение Федеральной противопожарной службы «Испытательная пожарная лаборатория» по КО» 0 1 Руководитель практики Общее руководство практикой возложить на……………………………………………………… Расходы по организации практики отнести за счет внебюджетных средств за дополнительную подготовку. Первый проректор, Проект приказа подготовил: Зав каф. эксп. Физ., проф. Согласовано: Декан ФФ, проф. Зав. практикой КемГУ 115 Приложение 4 Образец оформления отчета руководителя по практике Отчет о производственной практике студентов 4 курса физического факультета специализаций «Физическое материаловедение» и «Физическая информатика» за период с 06.02.06. по 06.03.06. Согласно приказу от 03.02.03. № 12/09-3 «О прохождении производственной практики», 18 студентов кафедры были направлены на практику. Практику прошли на «отлично» - 13 студентов, на «хорошо» - 4 студента. Средний балл составил 4,3 балла. 11 студентов проходили практику в научно-исследовательских лабораториях кафедры ЭФ КемГУ и 7 студентов – в организациях города. Студенты, проходящие практику вне университета, имели гарантийные письма и направления на практику. Для студентов, проходящих практику на кафедре, разработана программа практики. За каждым студентом был закреплен руководитель практики из числа преподавателей, сотрудников или аспирантов кафедры. Каждому студенту было определено индивидуальное задание на практику, разработан календарный план, установлен график и режим работы (6- часовой рабочий день). В период практики студенты имели возможность работы в библиотеке (день работы с литературой). Практически каждый студент имел доступ к компьютерной технике. С заданиями все стажеры справились успешно. Студенты, проходящие практику вне университета: - Авдеев И.С. проходил практику в Кемеровском филиале ИХТТиМ СО РАН; - Санкович И.А. проходила практику ОАО «Азот», ЦЗЛ; - Лепилова А.Ю проходила практику в ЭКЦ УВД; - Гаврилов А.В, Терешонков Е.В., Захарова Н.А. проходили практику в ЗАО «Ижица» (ген. Дир. Дзюбенко Ф.А.). Темы практик соответствовали направлению специализаций. Отзывы руководителей от организаций - положительные. По окончанию практики студенты предоставили письменные отчеты о прохождении практики с оценкой руководителя и успешно защитили отчеты. Не прошел практику по причине длительной болезни Селянин В.А. (А/о). В целом считаем, что практика студентов-исследователей прошла успешно. Ответственные за практику на КЭФ: Звиденцова Н.С. Плотников А.И. 116 8. Методические разработки, изданные преподавателями на кафедре, а также для курсов и лабораторных практикумов данной специализции. 1. Павлова Т.Ю., «Введение в программирование на языке Паскаль», Ч.2. Спец-ть: Физика. 2 курс, ФФ, УМП, КемГУ, участок оперативной полиграфии 2. Павлова Т.Ю., Численные методы в физических задачах. Электр. издание, ФГУП НТЦ «Информрегистр», Регистр. свид. №13104, № гос. рег. 0320800877 от 4.05.08. 3. Юдин А.Л., «Новые информационные технологии»: для студентов специальности "Физика", 4 курс ФФ, Эл. издание (тестовые задания в среде АСТ), КемГУ [электронный ресурс] 4. Юдин А.Л., «Просмотр web-страниц в программе Internet Explorer 6.0» для студентов специальности "Физика", 4 курс ФФ, Электрон. учебно-методич. пособие / Электрон. дан. и прогр. – 2008. ФГУП НТЦ «Информрегистр» Рег. св. №13897 от 18.08.08. № Гос. рег. 0320801670 5. Юдин А.Л «Работа с электронной почтой в программе Outlook Express 6.0» для студентов специальности "Физика", 4 курс ФФ, Электрон. учебно-методич. пособие / Электрон. дан. и прогр. – 2008, ФГУП НТЦ «Информрегистр», Рег. св. №13898 от 18.08.08. № Гос. рег. 0320801671 6. Юдин А.Л., «Создание web-страниц в программе FrontPage 2002», для студентов специальности "Физика", 4 курс ФФ, Электрон. учебно-методич. пособие, Электрон. дан. и прогр., ФГУП НТЦ «Информрегистр»,2008 7. Попов Ю. С., Руссаков Д. М «Атомная физика. Часть 2.» Спец-ть: Физика. 2 курс, ФФ, очная Электронное учебно-методическое пособие № 2007620343, № гос. регистр. 0320701010, свид. № 10426 от 13.06.07 8. Звиденцова Н.С. Швайко И.Л,Сборник семинарских задач по курсу «Химия». Спец-ть: Физика. 3 курс, ФФ, очная УМП КемГУ, Кузбассвузиздат, Кемерово. 2008. 9. Плотников АИ. Радиофизика и электроника. УМП ,КемГУ, Кузбассвузиздат, 2007 10. Колесников Л.В.,Козяк Л.А. Физика ядра и частиц, УМП, КемГУ, Кузбассвузиздат, 2007 11. Колесников Л.В.,Козяк Л.А. Физика атомного ядра и частиц (Ч.2), УМП, КемГУ, Кузбассвузиздат, 2007 12. Созинов С.А., Морозова Т.В. Методы препарирования для электронной микроскопии, УМП , Участок оперативной полиграфии КемГУ, 2007 13. Павлова Т.Ю. Программирование на языке Паскаль для начинающих. Зарегистрировано «Информрегистр» Свидетельство № 9821, Регистрационный № 0320700405, от 6.03.2007 14. Павлова Т.Ю. Задачи по программированию для физиков. Зарегистрировано «Информрегистр» Свидетельство № 9822, Регистрационный № 0320700406, от 6.03.2007 15. Звиденцова Н.С. Физико-химические процессы при образовании скрытого изображения в фотографических системах. Зарегистрировано «Информрегистр», Свидетельство № 9823, Регистрационный № 0320700407, от 6.03.2007 16. Плотников АИ. Радиофизика и электроника. Лабораторный практикум. УМП. КемГУ, Кузбассвузиздат, 2007 17. Попов Ю.С., Дружина Н.Ю.Компьютерный практикум по атомной физике. Электронный учебно-методический комплекс (ЭУМК ). ФГУН НТЦ «Информрегистр» Федеральный депозитарий электронных изданий, рег. св-во № 8961 от 15.12.06. № гос. рег. 0320601665 18. Попов Ю.С., Дружина Н.Ю. Компьютерный практикум по атомной физике. Эл. УМК. №2007620110 от 15.03.07. (Роспатент) № гос. рег. 0320601665 19. Созинов С.А. Просвечивающая электронная микроскопия: теория и практика. Эл. УМК .Зарегистрировано «Информрегистр», Свидетельство № 9820, Регистрационный № 0320700404, от 6.03.2007 20. Попов Ю.С., Руссаков Д.М. Атомная физика (Ч.2), УМП, КемГУ, Кузбассвузиздат, 2007 117 21. Павлова Т.Ю. Решение физических задач численными методами с помощью пакета MathCad, Учебное пособие, КемГУ, Кузбассвузиздат, 2007 22. Москинов В.А. Экология и устойчивое развитие: конспект лекций. Электронное учебнометодическое пособие. ФГУН НТЦ «Информрегистр» Федеральный депозитарий электронных изданий, рег. св-во № 6930 от 6.02.2006 г. № гос. рег. 0320501366. 23. Москинов В.А., Гордиенок Н.И. Основы и процессы регистрации и копиро-вания изображений: Электронное учебно-методическое пособие. ФГУН НТЦ «Информрегистр» Федеральный депозитарий электронных изданий, рег. св-во № 7328 от 10.02.2006 г. № гос. рег. 0320600032 24. Звиденцова Н.С. «Физико-химические процессы в регистрирующих системах» (конспект лекций). , КемГУ, Кузбассвузиздат, 2006 25. Созинов С.А. Исследование дефектов в тонких пленках металлов и полупроводников (лаб.практ.). УМП, «Кузбассвузиздат», Кемерово, 2006. 26. Созинов С.А. Колесников Л.В. Просвечивающий электронный микро-скоп. Устройство и принцип работы (лабораторный практикум), УМП, Кузбассвузиздат», Кемерово, 2006. 27. Созинов С.А.Техника для получения и измерения вакуума (лаб. практикум). УМП, Кузбассвузиздат», Кемерово, 2006. 28. Колесникова И.Л., Звиденцова Н.С. Сборник семинарских заданий по курсу «Химия». Учебнометод. Пособие. КемГУ, Кузбассвузиздат, 2004 29. Попов Ю.С., Козяк Л.А., Руссаков Д. Физика атома и атомных явлений. Роспатент, свидетельство №2004620050 от 13.01.04. Депозитарий ФГУН НТЦ «Информрегистр» № гос. рег. 0320400055 , рег. Св-во №3378 от 28.01.2004. 30. Юдин А.Л., Колесников Л.В. Учебное пособие к лабораторному практикуму «Материаловедение», Ч.2. Учебное пособие. КемГУ, РИО, 2004 31. Колесников Л.В., Севостьянов О.Г., Козяк Л.А. Учебно-Методическое пособие по лабораторному практикуму «Ядерная физика», Ч.1. КемГУ, РИО, 2004 32. Попов Ю.С., Руссаков Д.М Учебно-Методическое пособие к лабораторному практикуму «Атомная физика», Ч.1. КемГУ, РИО, 2004 33. Юдин А.Л. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Учебно-метод. пособие. КемГУ, РИО, 2004 34. Юдин А.Л. Введение в физику твердого тела. Ч.3. Зонная теория твердых тел. Конспект лекций.Кемерово, Кузбассвузиздат, 2001 35. Колесников Л.В.Введение в физику твердого тела. Ч.2. Природа сил связи в кристаллах. Учебно-метод. Пособие. Кемерово, Кузбассвузиздат, 1998 36. Колесников Л.В.Введение в физику твердого тела. Ч.1. Структура кристаллов и методы ее определения. Учебно-метод. Пособие. Кемерово, Кузбассвузиздат, 1998 37. Колесников Л.В. Введение в физику твердого тела. Ч.4. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Учебно-метод. Пособие. Кемерово, Кузбассвузиздат, 1999 38. Гузенко А.Ф. Методы физ-хим. анализа. Ч.1 Учебно-метод. Пособие. Кемерово, Кузбассвузиздат, 1999 39. Звиденцова Н.С., Москинов В.А., Колесникова И.Л. Методическое пособие к лабораторному практикуму по курсу «Химия». Кемерово, Кузбассвузиздат, 1999 40. Свистунова В.В., Сергеева И.А., Френкель Т.Ю. Компьютерное моделирование физических явлений. Кемерово, Кузбассвузиздат, 1999 41.Колесников Л.В. и др. Исследование энергетической структуры твердых тел методом внешней фотоэмиссии // Практикум по химии твердого тела. Уч. пособие, Кемерово, 1982 42.Спецпрактикум “Электрофизические методы исследований”. Кемерово, КемГУ, 1994г., 50 стр., под ред.Колесникова Л.В. 43.Физика и химия конденсированного состояния. Межвузовский Сборник Научных трудов. Кемерово, 1993., 173стр., под редакцией Колесникова Л.В.(для студентов и сотрудников). 44. Колесников и др. Фотоэмиссионная спектроскопия поверхности полупроводников. В Сб. Современные методы физико-химических исследований твердофазных реакций. Кемерово, 1984. 118 стр. 145-153 45. Колесников Л.В. Методы исследования разложения твердых веществ. Учебное пособие.Кемерово, 1984 г. стр.6-27, 42-53. 46. Колесников Л.В., Новикова Л.А., Созинов С.А. Лабораторный практикум по электронной микроскопии. 1997г., 80стр. 47. .Колесников Л.В.(редактор), Сергеева И.А., Свистунова В.В. , Плотников А.И. Спецпрактикум “Электрофизические методы исследований”. Кемерово, КемГУ, 1994г., 50 стр., (издано) 48. Колесников Л.В. и др Исследование энергетической структуры твердых тел методом внешней фотоэмиссии Практикум по химии твердого тела. Уч. пособие, Кемерово, 1982 49. Физика и химия конденсированного состояния. Межвузовский Сборник Научных трудов. под редакцией Колесникова Л. В ,Кемерово, 1993., 173стр., (для студентов и сотрудников 50. Колесников Л.В. Фотоэмиссионная спектроскопия поверхности полупроводников. В Сб. Современные методы физико-химических исследований твердофазных реакций. Кемерово, 1984. стр. 145-153 51. Колесников Л.В. и др Методы исследования разложения твердых веществ. Учебное пособие. Кемерово, 1984 г. стр.6-27, 42-53. 8. База тестовых заданий по ДС Тестовые задания по ДС размещены на сервере университета в AST – центре. 119
