Программа дисциплины Физико-химические …˜@>3@0

Программа дисциплины "Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии"; 28.03.01 Нанотехнологии и

микросистемная техника; доцент, д.н. (доцент) Воронина Е.В.

Регистрационный номер 639219

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

"Казанский (Приволжский) федеральный университет"

Институт физики

подписано электронно-цифровой подписью

Программа дисциплины

Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии Б1.Б.20

Направление подготовки: 28.03.01 - Нанотехнологии и микросистемная техника

Профиль подготовки: не предусмотрено

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очное

Язык обучения: русский

Год начала обучения по образовательной программе: 2017

Автор(ы): Воронина Е.В.

Рецензент(ы): Деминов Р.Г.

СОГЛАСОВАНО:

Заведующий(ая) кафедрой: Воронина Е. В.

Протокол заседания кафедры No ___ от "____" ___________ 20__г.

Учебно-методическая комиссия Института физики:

Протокол заседания УМК No ____ от "____" ___________ 20__г.

Казань

2019




Страница 2 из 15.

Содержание

1. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплинe (модулю), соотнесенных с планируемыми

результатами освоения образовательной программы

2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы высшего образования

3. Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества часов, выделенных на контактную

работу обучающихся с преподавателем (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся

4. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них

количества академических часов и видов учебных занятий

4.1. Структура и тематический план контактной и самостоятельной работы по дисциплинe (модулю)

4.2. Содержание дисциплины

5. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплинe

(модулю)

6. Фонд оценочных средств по дисциплинe (модулю)

6.1. Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной

программы и форм контроля их освоения

6.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования,

описание шкал оценивания

6.3. Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и

(или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе освоения

образовательной программы

6.4. Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта

деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций

7. Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины (модуля)

7.1. Основная литература

7.2. Дополнительная литература

8. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет", необходимых для освоения

дисциплины (модуля)

9. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля)

10. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по

дисциплинe (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при

необходимости)

11. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по

дисциплинe (модулю)

12. Средства адаптации преподавания дисциплины к потребностям обучающихся инвалидов и лиц с

ограниченными возможностями здоровья





Программу дисциплины разработал(а)(и) доцент, д.н. (доцент) Воронина Е.В. (Кафедра физики твердого тела,

Отделение физики), [email protected]

1. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с планируемыми

результатами освоения образовательной программы

Выпускник, освоивший дисциплину, должен обладать следующими компетенциями:

Шифр компетенции Расшифровка

приобретаемой компетенции

ОПК-7 способность учитывать современные тенденции развития электроники,

измерительной и вычислительной техники, информационных

технологий в своей профессиональной деятельности

ПК-2 готовность проводить экспериментальные исследования по синтезу и

анализу материалов и компонентов нано-и микросистемной техники

ОПК-2 способность выявлять естественнонаучную сущность проблем,

возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для

их решения соответствующий физико-математический аппарат

ПК-10 готовность работать на современном технологическом оборудовании,

используемом в производстве компонентов нано- и микросистемной

техники

ПК-8 готовность использовать базовые технологические процессы и

оборудование, применяемые в производстве материалов, компонентов

нано- и микросистемной техники

Выпускник, освоивший дисциплину:

Должен знать:

- закономерности и физико-химические модели процессов получения нанообъектов;

- виды и свойства нанообъектов и наноматериалов, характеристики физико-химических процессов их синтеза

и методы их исследования

Должен уметь:

- на основе результатов экспериментов, моделирования разработать план технологического процесса

получения наноматериалов, возможности, ограничения, критерии выбора вариантов нанотехнологии;

- выбирать и использовать методы анализа наноматериалов и наноструктур;

- определять конкретную профессиональную задачу, собирать необходимую исходную информацию в

периодической литературе, на основе анализа сформулировать последовательность решения задачи.

Должен владеть:

- методикой работы с лабораторным оборудованием и современной научной аппаратурой;

Должен демонстрировать способность и готовность:

- системного научного анализа профессиональных проблем нанотехнологии различного уровня сложности

2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы высшего

образования

Данная учебная дисциплина включена в раздел "Б1.Б.20 Дисциплины (модули)" основной профессиональной

образовательной программы 28.03.01 "Нанотехнологии и микросистемная техника (не предусмотрено)" и

относится к базовой (общепрофессиональной) части.

Осваивается на 3 курсе в 5 семестре.

3. Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества часов, выделенных на

контактную работу обучающихся с преподавателем (по видам учебных занятий) и на самостоятельную

работу обучающихся

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных(ые) единиц(ы) на 144 часа(ов).

Контактная работа - 63 часа(ов), в том числе лекции - 18 часа(ов), практические занятия - 27 часа(ов),

лабораторные работы - 18 часа(ов), контроль самостоятельной работы - 0 часа(ов).

Самостоятельная работа - 27 часа(ов).





Контроль (зачёт / экзамен) - 54 часа(ов).

Форма промежуточного контроля дисциплины: экзамен в 5 семестре.

4. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на

них количества академических часов и видов учебных занятий

4.1 Структура и тематический план контактной и самостоятельной работы по дисциплинe (модулю)

N

Разделы дисциплины /

модуля

Семестр

Виды и часы

контактной работы,

их трудоемкость

(в часах)

Самостоятельная

работа

Лекции

Практические

занятия

Лабораторные

работы

1.

Тема 1. Понятие о нанотехнологии.

Классификация наноструктур.

5 2 2 0 2

2.

Тема 2. Методы исследования

веществ в нанокристаллическом

состоянии.

5 2 4 12 5

3.

Тема 3. Методы синтеза

наноматериалов.

5 2 6 0 4

4.

Тема 4. Механические свойства

наносистем.

5 2 4 0 4

5.

Тема 5. Процессы самосборки в

наносистемах.

5 4 3 0 2

6.

Тема 6. Синтез наночастиц в

упорядоченных матрицах.

5 2 0 0 4

7.

Тема 7. Магнитные свойства

наносистем.

5 2 4 6 4

8.

Тема 8. Углеродные наноструктуры.

5 2 4 0 2

Итого 18 27 18 27

4.2 Содержание дисциплины

Тема 1. Понятие о нанотехнологии. Классификация наноструктур.

Понятие о нанотехнологии.

Классификация наноструктур. Характерные особенности нанообъектов. Кристаллическая решетка и магические

числа. Геометрическая структура. Химическая активность и пассивация наночастиц. Электронная структура.

Размерность объекта и электроны проводимости. Ферми-газ и плотность состояний. Свойства, зависящие от

плотности состояний.

Тема 2. Методы исследования веществ в нанокристаллическом состоянии.

Дифракционные методы исследования. Дифракция на кристаллических решетках и в аморфных веществах.

Размерные эффекты в дифракционных картинах наноструктур. Характеризация функциональных свойств

наносистем дифракционными методами. Рентген-дифракционные методы определения размеров наночастиц.

Тема 3. Методы синтеза наноматериалов.

Методы механического, физического, химического диспергирования. Классификация дисперсных систем.

Формирование наноматериалов по механизму "снизу-вверх". Формирование наноматериалов по механизму

"сверху-вниз". Способы получения наноразмерных материалов. Методы получения наночастиц из паровой фазы:

испарения-конденсации, высокочастотного индукционного нагрева, термолиз. Механосинтез.

Типы и характеристики измельчающих устройств. Получение наноматериалов механическим воздействием

различных сред. Методы физического диспергирования: распыления струи расплава жидкостью или газом,

способы двойного и центробежного распыления, спиннингование, использование твердофазных превращений,

облучения сплавов высокоэнергетическими частицами, способ циклических превращений. Интенсивная

пластическая деформация. Кручение под высоким давлением. Равноканальное угловое





прессование.

Тема 4. Механические свойства наносистем.

Типы собственных дефектов кристалла. Дефекты в наноструктурированных материалах, классификация по

размерности. Структура межзеренных границ. Источники Франка-Рида. Формирование наноструктуры по

механизму "сверху-вниз". Механические свойства наноматериалов. Закон Холла-Петча. Пластичность.

Деформационное упрочнение.

Тема 5. Процессы самосборки в наносистемах.

Движущие силы организации наносистем. Принцип локального равновесия.

Термодинамические уравнения движения. Принцип симметрии кинетических коэффициентов. Самоорганизация

в открытых системах. Консервативная самоорганизация. Диссипативная самоорганизация. Управление

параметрами самоорганизации. Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Самоорганизация при эпитаксиальном

росте.

Получение квантовых точек самосборкой атомов. Механизмы аккомодации и ослабления напряжения. Получение

квантовых точек Ge самосборкой атомов. Формирование квантовых точек и проволок при ионном синтезе.

Ионный синтез квантовых проволок. Самоорганизованные квантовые точки, полученные методом ионного

синтеза. Сборка наноструктур под влиянием механического напряжения. Напряженные полупроводниковые

гетероструктуры и приготовление из них нанотрубок. Изготовление нанотрубок самосворачиванием

полупроводниковых гетерослоев. Формирование полупроводниковых и металлических нановолокон и спиралей.

Периодические квантовые твердотельные наноструктуры, сверхрешетки из квантовых точек.

Тема 6. Синтез наночастиц в упорядоченных матрицах.

Наночастицы в нульмерных нанореакторах. Цеолиты для синтеза нанокомпозитов. Мезопористые молекулярные

сита. Пористый диоксид кремния. Темплатный синтез. Способы контроля размера пор. Использование пленок

мезопористого Si02 для синтеза наноматериалов. Мезопористые алюмосиликаты для синтеза наноматериалов.

Пористый оксид алюминия. Синтез. Использование пористого оксида алюминия для синтеза нанокомпозитов.

Наночастицы в двумерных нанореакторах. Слоистые гидроксидные системы. Получение магнитных

нанокомпозитов на основе слоистых двойных гидроксидов.

Тема 7. Магнитные свойства наносистем.

Доменная структура ферромагнитных материалов. Зависимость коэрцитивной силы от размера частиц.

Суперпарамагнетизм. Энергия магнитной анизотропии. Анизотропия формы. Анизотропия механического

напряжения. Обменная анизотропия. Магнитостатические взаимодействия нанонитей

Тема 8. Углеродные наноструктуры.

Синтез и механизмы роста углеродных нанотрубок. Разделение ОСНТ. Интеркалированные нанотрубки.

Применение углеродных нанотрубок. Структура фуллеренов. Легирование фуллеренов. Сверхпроводимость.

Методы получения и разделения фуллеренов.

5. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по

дисциплинe (модулю)





Самостоятельная работа обучающихся выполняется по заданию и при методическом руководстве преподавателя,

но без его непосредственного участия. Самостоятельная работа подразделяется на самостоятельную работу на

аудиторных занятиях и на внеаудиторную самостоятельную работу. Самостоятельная работа обучающихся

включает как полностью самостоятельное освоение отдельных тем (разделов) дисциплины, так и проработку тем

(разделов), осваиваемых во время аудиторной работы. Во время самостоятельной работы обучающиеся читают и

конспектируют учебную, научную и справочную литературу, выполняют задания, направленные на закрепление

знаний и отработку умений и навыков, готовятся к текущему и промежуточному контролю по дисциплине.

Организация самостоятельной работы обучающихся регламентируется нормативными документами,

учебно-методической литературой и электронными образовательными ресурсами, включая:

Порядок организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам высшего

образования - программам бакалавриата, программам специалитета, программам магистратуры (утвержден

приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 5 апреля 2017 года N301).

Письмо Министерства образования Российской Федерации N14-55-996ин/15 от 27 ноября 2002 г. "Об

активизации самостоятельной работы студентов высших учебных заведений"

Положение от 24 декабря 2015 г. � 0.1.1.67-06/265/15 "О порядке проведения текущего контроля успеваемости и

промежуточной аттестации обучающихся федерального государственного автономного образовательного

учреждения высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет""

Положение N 0.1.1.67-06/241/15 от 14 декабря 2015 г. "О формировании фонда оценочных средств для

проведения текущей, промежуточной и итоговой аттестации обучающихся федерального государственного

автономного образовательного учреждения высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный

университет""

Положение N 0.1.1.56-06/54/11 от 26 октября 2011 г. "Об электронных образовательных ресурсах федерального

государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Казанский (Приволжский) федеральный университет""

Регламент N 0.1.1.67-06/66/16 от 30 марта 2016 г. "Разработки, регистрации, подготовки к использованию в

учебном процессе и удаления электронных образовательных ресурсов в системе электронного обучения

федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Казанский

(Приволжский) федеральный университет""

Регламент N 0.1.1.67-06/11/16 от 25 января 2016 г. "О балльно-рейтинговой системе оценки знаний обучающихся в

федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования "Казанский

(Приволжский) федеральный университет""

Регламент N 0.1.1.67-06/91/13 от 21 июня 2013 г. "О порядке разработки и выпуска учебных изданий в

федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального

образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет""

Нанотехнологическое сообщество - www.nanometer.ru

Роснано - http://www.rusnano.com/

сайт on-line образования - https://www.coursera.org/learn/nanotechnology

Сайт о нанотехнологиях в России - http://www.nanonewsnet.ru/

6. Фонд оценочных средств по дисциплинe (модулю)

6.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной

программы и форм контроля их освоения

Этап

Форма контроля Оцениваемые

компетенции

Темы (разделы) дисциплины

Семестр 5

Текущий контроль

1 Устный опрос

ПК-10 , ОПК-2 , ОПК-7 ,

ПК-8 , ПК-2

1. Понятие о нанотехнологии.Классификация наноструктур.

2. Методы исследования веществ в нанокристаллическом

состоянии.

3. Методы синтеза наноматериалов.

4. Механические свойства наносистем.

5. Процессы самосборки в наносистемах.

6. Синтез наночастиц в упорядоченных матрицах.

7. Магнитные свойства наносистем.

8. Углеродные наноструктуры.

2

Письменная работа ПК-8 , ПК-2 , ОПК-7 ,

ОПК-2

1. Понятие о нанотехнологии.Классификация наноструктур.

4. Механические свойства наносистем.

3

Письменная работа ОПК-7 , ОПК-2 , ПК-8 ,

ПК-2

3. Методы синтеза наноматериалов.

5. Процессы самосборки в наносистемах.

6. Синтез наночастиц в упорядоченных матрицах.

7. Магнитные свойства наносистем.

4


работы

ПК-10 , ПК-8 , ПК-2 ,

ОПК-2 , ОПК-7

2. Методы исследования веществ в нанокристаллическом

состоянии.





Этап

Форма контроля Оцениваемые

компетенции

Темы (разделы) дисциплины

Экзамен

6.2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования,

описание шкал оценивания

Форма

контроля

Критерии

оценивания

Этап

Отлично Хорошо Удовл. Неуд.

Семестр 5


Устный опрос В ответе качественно

раскрыто содержание

темы. Ответ хорошо

структурирован.

Прекрасно освоен

понятийный аппарат.

Продемонстрирован

высокий уровень

понимания материала.

Превосходное умение

формулировать свои

мысли, обсуждать

дискуссионные

положения.

Основные вопросы

темы раскрыты.

Структура ответа в

целом адекватна теме.

Хорошо освоен

понятийный аппарат.


хороший уровень

понимания материала.

Хорошее умение




положения.

Тема частично

раскрыта. Ответ слабо

структурирован.

Понятийный аппарат

освоен частично.

Понимание отдельных

положений из

материала по теме.

Удовлетворительное

умение




положения.

Тема не раскрыта.

Понятийный аппарат

освоен

неудовлетворительно.

Понимание материала

фрагментарное или

отсутствует. Неумение




положения.

1

Письменная

работа

Правильно выполнены

все задания.


высокий уровень

владения материалом.

Проявлены

превосходные

способности

применять знания и

умения к выполнению

конкретных заданий.

Правильно выполнена

большая часть

заданий.

Присутствуют

незначительные

ошибки.


хороший уровень

владения материалом.

Проявлены средние





Задания выполнены

более чем наполовину.

Присутствуют

серьёзные ошибки.


удовлетворительный

уровень владения

материалом.

Проявлены низкие





Задания выполнены

менее чем наполовину.


неудовлетворительный

уровень владения

материалом.

Проявлены

недостаточные





2

3


работы

Оборудование и

методы использованы

правильно. Проявлена

превосходная

теоретическая

подготовка.

Необходимые навыки

и умения полностью

освоены. Результат

лабораторной работы

полностью

соответствует её

целям.



в основном правильно.

Проявлена хорошая




и умения в основном



в основном


целям.


методы частично

использованы

правильно. Проявлена

удовлетворительная




и умения частично



частично


целям.



неправильно.

Проявлена

неудовлетворительная




и умения не освоены.

Результат


не соответствует её

целям.

4





Форма

контроля

Критерии

оценивания

Этап

Отлично Хорошо Удовл. Неуд.

Экзамен Обучающийся

обнаружил

всестороннее,

систематическое и

глубокое знание

учебно-программного

материала, умение

свободно выполнять

задания,

предусмотренные

программой, усвоил

основную литературу и

знаком с

дополнительной

литературой,

рекомендованной

программой

дисциплины, усвоил

взаимосвязь основных

понятий дисциплины в

их значении для

приобретаемой

профессии, проявил

творческие

способности в

понимании, изложении

и использовании


материала.

Обучающийся

обнаружил полное

знание


материала, успешно

выполнил

предусмотренные

программой задания,

усвоил основную

литературу,

рекомендованную


дисциплины, показал

систематический

характер знаний по

дисциплине и

способен к их

самостоятельному

пополнению и

обновлению в ходе

дальнейшей учебной

работы и

профессиональной

деятельности.


обнаружил знание

основного


материала в объеме,

необходимом для

дальнейшей учебы и

предстоящей работы

по профессии,

справился с

выполнением заданий,

предусмотренных

программой, знаком с

основной литературой,

рекомендованной


дисциплины, допустил

погрешности в ответе

на экзамене и при

выполнении

экзаменационных

заданий, но обладает

необходимыми

знаниями для их

устранения под

руководством

преподавателя.


обнаружил

значительные пробелы

в знаниях основного


материала, допустил

принципиальные

ошибки в выполнении

предусмотренных

программой заданий и

не способен

продолжить обучение

или приступить по

окончании

университета к

профессиональной

деятельности без

дополнительных

занятий по

соответствующей

дисциплине.

6.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений,

навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе

освоения образовательной программы

Семестр 5


1. Устный опрос

Темы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Дать классификацию наноструктур.

Каковы характерные особенности нанообъектов.

Как связаны кристаллическая решетка и магические числа.

Назвать дифракционные методы исследования наноструктур.

Рентген-дифракционные методы

определения размеров наночастиц.

В чем состоит Метод Шеррера, метод Вильямсона-Холла и

метод Уоррена-Авербаха.

Назвать методы получения наночастиц из паровой фазы.

Типы и характеристики измельчающих устройств.

Перечислить методы физического диспергирования.

Интенсивная пластическая деформация, перечислить виды.

Перечислить способы консолидации наноразмерных порошков.

Типы собственных дефектов кристалла.

Дефекты в наноструктурированных материалах,классификация по размерности.

Источники Франка-Рида охарактеризовать.

В чем состоит закон Холла-Петча.

Пластичность. Механизм охарактеризовать.

В чем заключается деформационное упрочнение, сверхпластичность.

Упругие свойства. Что такое внутреннее трение в субмикрокристаллических

структурах.

Усталость субмикрокристалллических материалов.

Привести примеры наноструктурных материалов для применений в медицине и технике. Назвать наноструктурные

материалы с эффектами памяти формы и сверхпластичности.





Каковы движущие силы организации наносистем?

В чем состоит принцип локального равновесия.

Записать термодинамические уравнения движения.

Физический смысл принципа симметрии кинетических коэффициентов.

Что такое консервативная самоорганизация и диссипативная самоорганизация. Как управляют

параметрами самоорганизации.

Цеолиты для синтеза нанокомпозитов. Мезопористые молекулярные сита. Пористый диоксид

кремния. Темплатный синтез. Мезопористые алюмосиликаты для синтеза наноматериалов.

Пористый оксид алюминия. Как используется пористый оксид алюминия для синтеза

нанокомпозитов.

Доменная структура ферромагнитных материалов. Зависимость коэрцитивной силы от

размера частиц. Суперпарамагнетизм. Анизотропия формы. Анизотропия механического

напряжения. Обменная анизотропия. Магнитостатические взаимодействия нанонитей.

Влияние наноструктурирования объемного материала на магнитные свойства.

Разделение ОСНТ. Интеркалированные нанотрубки. Структура фуллеренов. Легирование

фуллеренов. Сверхпроводимость. Методы получения и разделения фуллеренов. направлен на

формирование компетенций.

1. Назовите типы организации сферических наночастиц в цилиндрических полостях в зависимости от

соотношения диаметра сфер с диаметром и глубиной полости (двуслойные структуры).

2. Перечислить методы получения тонких пленок.

3. Что такое гомоэпитаксия?

4. Что такое гетероэпитаксия?

5. Режим горизонтального роста островков - образование монослоя:

6. Режим вертикального роста пленки:

7. Когда наблюдается рост по механизму Странского-Крастанова?

8. Структура цеолитов состоит из?

9. Принцип темплатного метода синтеза мезопористого Si02

10. Перечислить основные стадии процедуры получения пористого Al2O3 с высокоупорядоченной структурой

11. Условие образования напряженных пленочных гетероструктур (сверхрешеток).

12. Чем определяются свойства наносистемы - "ядро в оболочке" ?

13. Размер и форма частиц являются определяющими для а) намагниченности насыщения, б) коэрцитивной силы,

в) остаточной намагниченности.

14. Магнитный домен ? это?

15. Квантовый эффект Холла?

2. Письменная работа

Темы 1, 4

1. Зерно в кристалле (дать определение)

2. методы получения наноматериалов

3. недостатки метода механического измельчения

4. перечислить методы получения наноматериалов с использованием механического воздействия различных сред

5. перечислить методы физического диспергирования

6. расшифровать ИПД, РКУ, спиннингование

7. перечислить способы консолидации наноразмерных порошков

8. ?Деформа́ция? (дать определение)

9. Перечислить необратимые типы деформа́ции

10. нормальное напряжение = ?

11.

Что означает max?

12. Дефект Шоттки ? 0D (а),1D(б), 2D(в), 3D(г)

13. Дефекты упаковки - 0D (а),1D(б), 2D(в), 3D(г) + привести пример

14. Виды дислокаций

15. Что такое источник Франка-Рида?

16. Перечислить двумерные дефекты в наночастицах

17. Нанотвердость ? указать величину нагрузки на индентор

3. Письменная работа

Темы 3, 5, 6, 7

1. тонкодисперсный порошок (в научной литературе) : а) 100 нм-10 мкм ,б) 500 нм-10 мкм; в) 100-500 нм

2. Дисперсность. Дать определение.

3. Для чего используются пластинки Вильгельми при получении монослоев?

4. ?голова-к-голове? - пленка: а) Х-типа, б) У-типа, Z-типа?





5. Метод импульсного радиолиза в растворах основан на использовании :а) лазерного излучения;б)

рентгеновского или ультрафиолетового излучения, в) высокоэнерге-тических электронов; г) тепловых нейтронов.

6. Записать выражение для оценки степени справедливости для конкретной ТД системы принципа локального

равновесия

7. Как связаны потоки и термодинамические силы в рамках линейной термодинамики необратимых процессов?

8. Для открытой ТД системы характерно наличие обмена с внешней средой : а) энергией,б) веществом; в)

энергией и веществом?

9. В стационарной неравновесной системе, имеющей диссипативную структуру : а) энтропия уменьшается;б)

энтропия растет;в) энтропия не изменяется.

10. движущей силой организации системы является ее стремление к уменьшению энтропии

11. Что является признаком процессов диссипативной самоорганизации системы?

12. Что является необходимым условием процессов самоорганизации?

13. В эволюционирующей системе размерность периодической структуры определяется??.

14. Назовите типы организации сферических наночастиц в цилиндрических полостях в зависимости от

соотношения диаметра сфер с диаметром и глубиной полости (двуслойные структуры).

15. Перечислить методы получения тонких пленок.

16. Что такое гомоэпитаксия?

17. Что такое гетероэпитаксия?

18. Режим горизонтального роста островков - образование монослоя:

19. Режим вертикального роста пленки:

20. Когда наблюдается рост по механизму Странского-Крастанова?

21. Структура цеолитов состоит из?

22. Принцип темплатного метода синтеза мезопористого Si02

23. Перечислить основные стадии процедуры получения пористого Al2O3 с высокоупорядоченной структурой

24. Условие образования напряженных пленочных гетероструктур (сверхрешеток).

25. Чем определяются свойства наносистемы - "ядро в оболочке" ?

26. Размер и форма частиц являются определяющими для а) намагниченности насыщения, б) коэрцитивной силы,

в) остаточной намагниченности.

27. Магнитный домен ? это?

4. Лабораторные работы

Тема 2

1. Определение ОКР и уровня микронапряжений по рентгеновской дифрактограмме нанокристаллического

материала

2. Определение размеров металлических наночастиц из спектров плазмонного резонанса

http://kpfu.ru/docs/F2134677347/Razmery_Nanochastic_FTT.pdf

3. Определение элементного состава нанокристаллических порошков.

4. Определение фазового состава наноматериалов с помощью спектров ядерного гамма-резонанса.

5. Этапы качественного рентгеноспектрального анализа.

6. Для каких целей создаётся образец сравнения? Эффект матрицы

7. Качественный анализ проб

8. Полуколичественный анализ исследуемых образцов

9. Погрешности прибора:

? основная аппаратурная погрешность;

? погрешность, определяемая температурным дрейфом;

? погрешность, вносимая изменением напряжения питающей сети;

? погрешность, вносимая неточностью установки образца;

10. Погрешности методики измерений и вычислений:

? погрешности градуировочных образцов ;

? погрешность градуировочного уравнения (погрешность математической

модели);

? статистическая погрешность;

? погрешности пробоподготовки: несоответствие определяемых образцов

эталонам по гомогенности, качеству поверхности, плотности, влажности,

составу матрицы и любым другим параметрам;

? правильность выбора аналитических линий, учета их взаимных влияний,

способа учета фона

10. Определение магнитной микроструктуры наноматериалов с помощью спектров ядерного гамма-резонанса

Экзамен

Вопросы к экзамену:

1. Нанотехнология. Наночастицы. Наноструктуры. Классификация наноструктур. Нульмерные

наноструктуры. Одномерные наноструктуры.

2. Самоорганизация в открытых системах





1. Двумерные наноструктуры. Нанокристаллические материалы.

2. Диссипативная самоорганизация Механизмы возникновения, пороговый характер

1. Тубулярные наноструктуры. Углеродные нанотрубки Структура углеродных нанотрубок

2. Теорема Глансдорфа-Пригожина Управление параметрами самоорганизации

1. Механизмы роста нанотрубок .Синтез углеродных нанотрубок

2. Самособранные монослои и мультислои

1. Формирование наноматериалов по механизму "снизу-вверх"

Формирование наноматериалов по механизму "сверху-вниз"

2. Самоорганизованные коллоидные структуры

1. Характерные особенности нанообъектов Кристаллическая решетка и магические числа

Геометрическая структура Химическая активность и пассивация наночастиц.

2. Двумерные наноструктуры Методы получения тонких пленок Осаждение пленок из газовой

фазы

1. Электронная структура. Оптические свойства полупроводниковых наночастиц.

2. Механизмы роста пленок

1. Характерные особенности нанообъектов. Размерные эффекты и особенности

наноструктур. Размерность объекта и электроны проводимости. Ферми-газ и плотность состояний. Свойства,

зависящие от плотности состояний.

2. Физические методы осаждения пленок Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)

1. Применение наноматериалов. Производство материалов Наноэлектроника и

вычислительная техника Медицина и здравоохранение Окружающая среда и энергетика

Аэронавтика и космические исследования Проблемы национальной безопасности

2. Импульсное лазерное осаждение (ИЛО pulsed laser deposition PLD sputtering )

1. Методы химического осаждения пленок Химическое осаждение из газовой фазы

Прекурсоры

2. Распылительное осаждение

1. Рентген-дифракционные методы определения размеров наночастиц. Метод Шеррера,

метод Вильямсона-Холла и метод Уоррена-Авербаха

2. Послойное осаждение пленок Химическое осаждение из растворов Золь-гель метод

1. Мезопористые молекулярные сита Пористый диоксид кремния Темплатный синтез Способы

контроля размера пор Использование пленок мезопористого Si02 для синтеза

наноматериалов

2. Синтез наночастиц в упорядоченных матрицах Наночастицы в нульмерных нанореакторах

Цеолиты для синтеза нанокомпозитов

1

. Изготовление нанотрубок самосворачиванием полупроводниковых гетерослоев

2. Мезопористые алюмосиликаты для синтеза наноматериалов Пористый оксид алюминия

Синтез Использование пористого оксида алюминия для синтеза нанокомпозитов

1. Классификация методов синтеза наноматериалов Методы механического диспергировани

Механосинтез Типы и характеристики измельчающих устройств

2. Наночастицы в двумерных нанореакторах Слоистые гидроксидные системы Получение

магнитных нанокомпозитов на основе слоистых двойных гидроксидов

1. Получение наноматериалов механическим воздействием различных сред Методы

физического диспергирования: распыления струи расплава жидкостью или газом, способы

двойного и центробежного распыления, спиннингование, использование твердофазных

превращений, облучения сплавов высокоэнергетическими частицами, способ циклических

превращений

2. Формирование полупроводниковых и металлических нановолокон и спиралей

1. ИПД. Деформация кручением под высоким давлением Деформация РКУ прессованием

2. Формирование квантовых точек и проволок при ионном синтезе Ионный синтез квантовых

CoSi2 проволок Самоорганизованные квантовые точки SiGe

1. Способы консолидации наноразмерных порошков Статическое прессование

Гидростатическое прессование Газостатическое прессование Динамическое прессование

Магнито-импульсное прессование

2. Сборка наноструктур под влиянием механического напряжения Напряженные

полупроводнико-вые гетероструктуры и приготовление из них нанотрубок

1. Способы консолидации наноразмерных порошков Ударно-волновое компактирование

Горячее прессование Спекание Вибрационное воздействие Ультразвуковое воздействие

Импульсное термическое воздействие Прокатка нанопорошков Мундштучное формование

2. Периодические квантовые твердотельные наноструктуры, сверхрешетки из квантовых точек





1. Нанокристаллизация аморфных сплавов

2. Термодинамические уравнения движения Принцип симметрии кинетических

коэффициентов или соотношения взаимности Онсагера

1. Механические свойства наносистем Типы собственных дефектов кристалла Дефекты в

наноструктурированных материалах Источники Франка-Рида

2. Магнитные свойства наносистем Доменная структура ферромагнитных материалов

Зависимость коэрцитивной силы от размера частиц

1. Формирование наноматериалов по механизму "сверху-вниз" Формирование наноструктуры

(механизм)

2. Суперпарамагнетизм

1. Механические свойства наноматериалов Закон Холла-Петча Пластичность

Деформационное упрочнение Механизм пластической деформации наноматериалов

2. Энергия магнитной анизотропии Анизотропия формы Анизотропия механического

напряжения Обменная анизотропия

1. Сверхпластичность Упругие свойства Внутреннее трение в субмикрокристаллических

структурах Усталость субмикрокристалллических материалов

2. Перемагничивание однодоменных частиц Магнитостатические взаимодействия нанонитей

1. Наноструктурные материалы для применений в медицине и технике Наноструктурные

материалы с эффектами памяти формы и сверхпластичности

2. Пучковые и другие методы нанолитографии Рентгеновская, электронная, ионная

1. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

2. Термодинамическое описание неравновесной системы. Принцип локального равновесия

1. Методы получения наночастиц из паровой фазы: испарения-конденсации,

высокочастотного индукционного нагрева, Термолиз

2. Влияние наноструктурирования объемного материала на магнитные свойства Динамика

наномагнитов.

1. Коллоидные нанореакторы Мицеллы. Типы мицеллярных систем Амфифильность Структура

мицелл

2. Наноструктурированные многослойные материалы с ГМС

1. Химический синтез наночастиц Методы синтеза наночастиц с использованием мицелл

Морфология наноструктур

2. Движущие силы организации наносистем Элементы равновесной термодинамики

.

1. Синтез в микроэмульсиях Стадии Миниэмульсии

2. Квантовая интерференция в низкоразмерных структурах Магнитный эффект

Ааронова-Бома

1. Синтез в полимеризованных мицеллярных структурах. Блок-сополимеры

2. Эффект Холла классический и квантовый

1. Синтез наноструктур в пленках Ленгмюра-Блоджетт и в адсорбционных слоях

2. Спин-зависимый транспорт носителей заряда. . ГМС

1. Методы восстановления и разложения в растворах

2. Спин-зависимое туннелирование. Туннельное магнитосопротивление

1. Метод восстановления с использованием импульсного лазера Метод разложения Метод

импульсного радиолиза в растворах

2. Управление спинами носителей заряда в полупроводниках

1. Методы разделения наночастиц по размеру: седиментации, электрофореза,

размерно-селективного осаждения, молекулярных сит

2. Эффект Кондо в квантовых точках

1. Процессы самосборки в наносистемах: блок-сополимеры, пространственное ограничение,

использование градиентных полей Примеры самосборки Сверхкластеры

2. Спинтронные приборы Считывающая головка на основе гигантского ГМС

1. Консервативная самоорганизация

2. Спин-вентильный транзистор

1. Энергонезависимая память на основе гигантского магнитосопротивления

2. Зондовые методы нанолитографии: силовая, токовая, автоэмиссионная, с использованием

резиста

1. Деформационное упрочнение Механизм пластической деформации наноматериалов

2. Локальное анодное окисление зондом АСМ Литография наносферами Нанопечатная

литография (НПЛ) Литографически индуцированная самосборка





6.4 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или)

опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций

В КФУ действует балльно-рейтинговая система оценки знаний обучающихся. Суммарно по дисциплинe (модулю)

можно получить максимум 100 баллов за семестр, из них текущая работа оценивается в 50 баллов, итоговая

форма контроля - в 50 баллов.

Для зачёта:

56 баллов и более - "зачтено".

55 баллов и менее - "не зачтено".

Для экзамена:

86 баллов и более - "отлично".

71-85 баллов - "хорошо".

56-70 баллов - "удовлетворительно".

55 баллов и менее - "неудовлетворительно".

Форма

контроля

Процедура оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта

деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций

Этап Количество

баллов

Семестр 5


Устный опрос Устный опрос проводится на практических занятиях. Обучающиеся

выступают с докладами, сообщениями, дополнениями, участвуют в

дискуссии, отвечают на вопросы преподавателя. Оценивается уровень

домашней подготовки по теме, способность системно и логично излагать

материал, анализировать, формулировать собственную позицию, отвечать

на дополнительные вопросы.

1 10

Письменная

работа

Обучающиеся получают задание по освещению определённых теоретических

вопросов или решению задач. Работа выполняется письменно и сдаётся

преподавателю. Оцениваются владение материалом по теме работы,

аналитические способности, владение методами, умения и навыки,

необходимые для выполнения заданий.

2

3

10 10


работы

В аудитории, оснащённой соответствующим оборудованием, обучающиеся

проводят учебные эксперименты и тренируются в применении

практико-ориентированных технологий. Оцениваются знание материала и

умение применять его на практике, умения и навыки по работе с

оборудованием в соответствующей предметной области.

4 20

Экзамен Экзамен нацелен на комплексную проверку освоения дисциплины. Экзамен

проводится в устной или письменной форме по билетам, в которых

содержатся вопросы (задания) по всем темам курса. Обучающемуся даётся

время на подготовку. Оценивается владение материалом, его системное

освоение, способность применять нужные знания, навыки и умения при

анализе проблемных ситуаций и решении практических заданий.

50

7. Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины

(модуля)

7.1 Основная литература:

1. Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы [Электронный ресурс] / Под ред. Ю.Д. Третьякова.

- М. : ФИЗМАТЛИТ, 2010. - http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785922111201.html

2. Нано- и биокомпозиты [Электронный ресурс] : учеб. пособие ? Под ред. Лау А.К.-Т., Хуссейн Ф., Лафди Х.; Пер.

с англ - Электрон. дан. ? Москва : Издательство 'Лаборатория знаний', 2015. ? 393 с. ? Режим доступа:

https://e.lanbook.com/book/66206. ? Загл. с экрана.

3. Старостин, В.В. Материалы и методы нанотехнологий [Электронный ресурс] : учеб. пособие ? Электрон. дан. ?

Москва : Издательство 'Лаборатория знаний', 2015. ? 434 с. ? Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/66203. ?

Загл. с экрана.

7.2. Дополнительная литература:

1. Игнатов, А. Н. Наноэлектроника. Состояние и перспективы развития [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А.

Н. Игнатов. ? М. : ФЛИНТА, 2012. ? 360 с. - ISBN 978-5-9765-1619-9 http://znanium.com/go.php?id=455222

2. Нанотехнологии - ударный вводный курс: Учебное пособие / Р.Х. Мартин-Пальма, А. Лахтакия; Пер. с англ. Е.Г.

Заболоцкой, А.В. Заболоцкого. - Долгопрудный: Интеллект, 2014. - 208 с.: ISBN 978-5-91559-146-1

http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=468199





8. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет", необходимых для

освоения дисциплины (модуля)

Информационный бюллетень "Перспективные Технологии" - http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/index_tem.htm

Нанотехнологическое сообщество - www.nanometer.ru

Научно-информационный портал Всероссийского института научной и технической информации РАН. -

www.portalnano.ru

Роснано - http://www.rusnano.com/

Сайт о нанотехнологиях в России - http://www.nanonewsnet.ru/

9. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля)

Вид работ Методические рекомендации

лекции

практические занятия

лабораторные работы

самостоятельная работа

устный опрос

письменная работа

экзамен

10. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного

процесса по дисциплинe (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных

справочных систем (при необходимости)

Освоение дисциплины "Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии" предполагает

использование следующего программного обеспечения и информационно-справочных систем:

Браузер Mozilla Firefox

Adobe Reader XI

Учебно-методическая литература для данной дисциплины имеется в наличии в электронно-библиотечной системе

"ZNANIUM.COM", доступ к которой предоставлен обучающимся. ЭБС "ZNANIUM.COM" содержит произведения

крупнейших российских учёных, руководителей государственных органов, преподавателей ведущих вузов страны,

высококвалифицированных специалистов в различных сферах бизнеса. Фонд библиотеки сформирован с учетом

всех изменений образовательных стандартов и включает учебники, учебные пособия, учебно-методические

комплексы, монографии, авторефераты, диссертации, энциклопедии, словари и справочники,

законодательно-нормативные документы, специальные периодические издания и издания, выпускаемые

издательствами вузов. В настоящее время ЭБС ZNANIUM.COM соответствует всем требованиям федеральных

государственных образовательных стандартов высшего образования (ФГОС ВО) нового поколения.


Издательства "Лань" , доступ к которой предоставлен обучающимся. ЭБС Издательства "Лань" включает в себя

электронные версии книг издательства "Лань" и других ведущих издательств учебной литературы, а также

электронные версии периодических изданий по естественным, техническим и гуманитарным наукам. ЭБС

Издательства "Лань" обеспечивает доступ к научной, учебной литературе и научным периодическим изданиям по

максимальному количеству профильных направлений с соблюдением всех авторских и смежных прав.


"Консультант студента", доступ к которой предоставлен обучающимся. Многопрофильный образовательный

ресурс "Консультант студента" является электронной библиотечной системой (ЭБС), предоставляющей доступ

через сеть Интернет к учебной литературе и дополнительным материалам, приобретенным на основании прямых

договоров с правообладателями. Полностью соответствует требованиям федеральных государственных

образовательных стандартов высшего образования к комплектованию библиотек, в том числе электронных, в

части формирования фондов основной и дополнительной литературы.

11. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного

процесса по дисциплинe (модулю)

Освоение дисциплины "Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии" предполагает

использование следующего материально-технического обеспечения:





Мультимедийная аудитория, вместимостью более 60 человек. Мультимедийная аудитория состоит из

интегрированных инженерных систем с единой системой управления, оснащенная современными средствами

воспроизведения и визуализации любой видео и аудио информации, получения и передачи электронных

документов. Типовая комплектация мультимедийной аудитории состоит из: мультимедийного проектора,

автоматизированного проекционного экрана, акустической системы, а также интерактивной трибуны

преподавателя, включающей тач-скрин монитор с диагональю не менее 22 дюймов, персональный компьютер (с

техническими характеристиками не ниже Intel Core i3-2100, DDR3 4096Mb, 500Gb), конференц-микрофон,

беспроводной микрофон, блок управления оборудованием, интерфейсы подключения: USB,audio, HDMI.

Интерактивная трибуна преподавателя является ключевым элементом управления, объединяющим все устройства

в единую систему, и служит полноценным рабочим местом преподавателя. Преподаватель имеет возможность

легко управлять всей системой, не отходя от трибуны, что позволяет проводить лекции, практические занятия,

презентации, вебинары, конференции и другие виды аудиторной нагрузки обучающихся в удобной и доступной

для них форме с применением современных интерактивных средств обучения, в том числе с использованием в

процессе обучения всех корпоративных ресурсов. Мультимедийная аудитория также оснащена широкополосным

доступом в сеть интернет. Компьютерное оборудованием имеет соответствующее лицензионное программное

обеспечение.

Специализированная лаборатория оснащена оборудованием, необходимым для проведения лабораторных работ,

практических занятий и самостоятельной работы по отдельным дисциплинам, а также практик и

научно-исследовательской работы обучающихся. Лаборатория рассчитана на одновременную работу

обучающихся академической группы либо подгруппы. Занятия проводятся под руководством сотрудника

университета, контролирующего выполнение видов учебной работы и соблюдение правил техники безопасности.

Качественный и количественный состав оборудования и расходных материалов определяется спецификой

образовательных программ.

12. Средства адаптации преподавания дисциплины к потребностям обучающихся инвалидов и лиц с

ограниченными возможностями здоровья

При необходимости в образовательном процессе применяются следующие методы и технологии, облегчающие

восприятие информации обучающимися инвалидами и лицами с ограниченными возможностями здоровья:

- создание текстовой версии любого нетекстового контента для его возможного преобразования в

альтернативные формы, удобные для различных пользователей;

- создание контента, который можно представить в различных видах без потери данных или структуры,

предусмотреть возможность масштабирования текста и изображений без потери качества, предусмотреть

доступность управления контентом с клавиатуры;

- создание возможностей для обучающихся воспринимать одну и ту же информацию из разных источников -

например, так, чтобы лица с нарушениями слуха получали информацию визуально, с нарушениями зрения -

аудиально;

- применение программных средств, обеспечивающих возможность освоения навыков и умений, формируемых

дисциплиной, за счёт альтернативных способов, в том числе виртуальных лабораторий и симуляционных

технологий;

- применение дистанционных образовательных технологий для передачи информации, организации различных

форм интерактивной контактной работы обучающегося с преподавателем, в том числе вебинаров, которые могут

быть использованы для проведения виртуальных лекций с возможностью взаимодействия всех участников

дистанционного обучения, проведения семинаров, выступления с докладами и защиты выполненных работ,

проведения тренингов, организации коллективной работы;

- применение дистанционных образовательных технологий для организации форм текущего и промежуточного

контроля;

- увеличение продолжительности сдачи обучающимся инвалидом или лицом с ограниченными возможностями

здоровья форм промежуточной аттестации по отношению к установленной продолжительности их сдачи:

- продолжительности сдачи зачёта или экзамена, проводимого в письменной форме, - не более чем на 90 минут;

- продолжительности подготовки обучающегося к ответу на зачёте или экзамене, проводимом в устной форме, - не

более чем на 20 минут;

- продолжительности выступления обучающегося при защите курсовой работы - не более чем на 15 минут.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО и учебным планом по направлению 28.03.01

"Нанотехнологии и микросистемная техника" и профилю подготовки не предусмотрено .

Программа дисциплины Физико-химические …˜@>3@0

Documents