Московский энергетический институт (технический университет)




Скачать 147.99 Kb.
НазваниеМосковский энергетический институт (технический университет)
Дата конвертации22.04.2013
Размер147.99 Kb.
ТипДокументы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Профиль(и) подготовки: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ХИМИЯ (ЧАСТЬ 2)



Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

вариативная




дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; Б3.12




Часов (всего) по учебному плану:

144




Трудоемкость в зачетных единицах:

4

6 семестр

Лекции

30 часов

6 семестр

Практические занятия

30 часов

6 семестр

Лабораторные работы

––

6 семестр

Расчетные задания, рефераты

––

6 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

84 час

6 семестр

Экзамены




6 семестр

Курсовые проекты (работы)

––






Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является теоретическое и практическое изучение физико-химических свойств наноструктурированных материалов на базе знаний о химической связи, о межмолекулярном взаимодействии в конденсированных телах и методов квантовой химии для ведения инженерной, научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

        • к самостоятельному обучению новым физико-химическим методам исследования, к работе в различных направлениях в области наноиндустрии (ПК-4);

  • самостоятельно проводить научно-исследовательские работы по созданию, исследованию и применению наноструктурных материалов (ПК-2);

  • к анализу и обобщению результатов научно-исследовательских работ, поиску и анализу научной и технической информации в области нанотехнологий и смежных дисциплин для научной, патентной и маркетинговой поддержки проводимых исследований (ПК-3);

  • участвовать в разработке методов прогнозирования количественных характеристик нанопроцессов, протекающих в конкретных наносистемах на основе существующих методик.

  • использовать полученные специализированные знания для разработки, проектирования, создания и эксплуатации разнообразных установок для нанотехнологий в энергетике (ПСК-1).

Задачами дисциплины являются

  • освоение обучающимися фундаментальных принципов и идей, лежащих в основе химии наноструктурных материалов;

  • ознакомить с современными методами получения и исследования свойств наноматериалов;

  • дать информацию о важнейших материалах современной нанотехнологии - фуллеренах и фуллереноподобных веществах, кластерах и кластерных материалах, нанотубулярных структурах, об ультрадисперсных системах, о синтезе и стабилизации наночастиц в растворах;

  • ознакомить с квантовохимическими расчетами и методами кристаллохимии для моделирования наноструктур;

  • обучение новейшим методам экспериментального исследования физико-химических процессов в наноструктурных материалах.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Химия (общая)», «Математика», «Физика (общая)» и «Квантовая механика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы, курсовой работы по «Методам и приборам для изучения, анализа и диагностики наночастиц и наноматериалов» и изучении дисциплин «Физико-химия наночастиц и наноматериалов» и «Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии», при проведении учебной и производственной практики, а также программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • законы и принципы химии применительно к наноструктурам;

  • классификацию и методы получения нанокластеров и наноструктур (ПК-2);

  • методы исследования свойств наноструктурных материалов;

  • основные источники научно-технической информации по наноматериалам.

Уметь:

  • связывать физические-химические свойства материалов с их структурой и состоянием;

  • выявлять классические и квантовые размерные эффекты в материалах;

  • анализировать особенности физических и химических свойств наноструктурных материалов;

  • использовать современное оборудование различного рода для анализа структуры, состояния и для формирования рабочих характеристик материала;

  • самостоятельно строить модели физико-химических процессов роста наноструктур (ПСК-3)

  • использовать специализированные знания в области нанотехнологий и наномате-риалов в энергетике для освоения смежных технических дисциплин (ПСК-2).

Владеть:

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

  • терминологией в области химии наноструктур и наноматериалов (ОК-2);

  • базовыми знаниями химии и использовать их в профессиональной деятельности при анализе и моделировании наноструктур и процессов их получения (ПК-1);

  • навыками поиска информации о физико-химических свойствах наноструктур (ПК-6);

  • методами расчета, моделирования и прогнозирования свойств наноматериалов и наносистем, а также изделий на их основе применительно к энергетике.


4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Принципы структурной организации нанообъек-тов Виды химической связи. Взаимодействия между молекулами; между частицами веществ в различных агрегатных состояниях и свойства наночастиц

10

6

4

4




2

Опрос на занятиях

2

Типы симметрии крис-таллических решеток. Трансляционная симметрия в кристаллах и одномерных системах

10

6

4

4




2

Опрос на занятиях;

проверка домашнего задания

3

Уравнение Шредингера для атомов и молекул. Построение приближенных решений электронного уравнения на основе вариационного принципа. Метод Хартри–Фока. Орбитали и орбитальные энергии.

8

6

4







4

Опрос на занятиях;

проверка домашнего задания

4

Представление молеку-лярных орбиталей в виде линейной комбинации атомных орбиталей .

8

6

2







6

Опрос на занятиях

5

Оператор Гамильтона для атомных и моле-кулярных систем на примерах: атом С, молекулы LiH, BeH2, и др.). Построение электронной

волновой функции.

8

6

2







6

Опрос на занятиях;

проверка домашнего задания

4

Аллотропические формы углерода. Новые углеродные структуры. Фуллерены, углеродные нанотрубки и др.

42

6

12

8




22

Опрос на занятиях;

контрольная работа

5

Классификация дисперсных систем. Состояние вещества на границе раздела фаз. Методы получения нанодисперсных частиц.

22

6

4

4




14

Опрос на занятиях;

проверка домашнего задания

6

Применение наноструктур для создания элементов приборных устройств

24

6

2







22

Опрос на занятиях;

контрольная работа




Зачет

6

6

––

––

––

6

Проверка знаний по курсу




Экзамен

6

6

––

––

––

6

устный




Итого:

144




30

30

––

84





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1.Строение вещества, химическая связь

Химия наноструктурированных материалов как предмет изучения. Определения, классификация, соотношения между химией, физикой, биологией и нанотехнологиями. Самосборка и самоорганизация как важный подход к получению наноматериалов, основные типы и иерархия наноструктур, закономерности взаимоотношений структуры и свойств наноматериалов.

Атомы, молекулы, наноструктуры. Кластеры и кластерные материалы. Принципы структурной организации нанообъектов. Виды химической связи. Взаимодействия между молекулами. Взаимодействия между частицами веществ в различных агрегатных состояниях и свойства веществ.

2.Основы квантовой химии

Законы квантовой механики применительно к атомам и молекулам. Уравнение Шредингера для атомов и молекул. Электронная плотность и ее изменения при переходе от разделенных атомов к молекуле. Квантовая топология электронной плотности и «атомы в молекуле». Построение приближенных решений электронного уравнения на основе вариационного принципа. Одноэлектронное приближение. Метод Хартри–Фока (самосогласованного поля). Орбитали и орбитальные энергии. Полная энергия квантово-химической частицы. Метод функционала плотности.

Электронные конфигурации и термы атомов. Сложение моментов для атомов. Правила Хунда. Электронное строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Представление молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Метод ССП МО ЛКАО. Симметрия и свойства молекул.

Связь концепций квантовой химии с современными направлениями химии, физики и нанотехнологий.

3.Кристаллохимия наноструктур

Типы симметрии кристаллических решеток. Трансляционная симметрия в кристаллах и одномерных системах. Прямая и обратная решетка. Зона Бриллюэна. Зонная теория кристаллической решетки.

4.Углерод. Углеродные каркасные структуры

Аллотропические формы углерода. Новые углеродные структуры. Номенклатура и механизмы формирования фуллеренов. Закономерности молекулярного строения стабильных фуллеренов. Химические и физические свойства фуллеренов и гетерофуллеренов.

Одномерные и двумерные углеродные структуры: нанотрубки и графен. Методы синтеза и физико-химические свойства углеродных нанотрубок.

5.Ультрадисперсные системы. Синтез и стабилизация наночастиц в растворах.

Понятие о дисперсных системах. Классификация дисперсных систем. Состояние вещества на границе раздела фаз. Методы получения нанодисперсных частиц. Организация и сомоорганизация коллоидных структур.

6. Применение наноструктур для создания элементов приборных устройств

Диоды. Транзисторы. Химические сенсоры. Электронные логические элементы на нанотрубках. Светодиоды. Нанотрубки в эмиссионных приборах. Нанотрубки для атомных силовых микроскопов.

4.2.2. Практические занятия учебным планом не предусмотрены

4.3. Лабораторные работы

6 семестр

№ 1 Методы исследования нанообъектов. Ознакомление с методами сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Атомная силовая микроскопия (АСМ) и топология поверхности.

№ 2 Подготовка образцов наноструктур для атомной силовой микроскопии. Подготовка поверхности для измерений.

№ 3 Визуализация наноструктур с помощью СЗМ и обработка данных измерений.

№ 4 Получение и исследование физико-химических свойств углеродных нанотрубок.

№ 5 Получение коллоидов наночастиц и их химический анализ.

№ 6 Исследование каталитических свойств наночастиц



4.4. Расчетные задания учебным планом не предусмотрены


4.5. Курсовые проекты и курсовые работы не предусмотрены.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов и анимированных результатов вычислений.

Практические и лабораторные занятия включают освоение методов получения и исследования физических и химических свойств наноструктурированных материалов.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, выполнение домашних заданий, оформление лабораторных работ, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос. Дифференцированный зачет.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка на экзамене.


В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Н.В. Коровин. Общая химия: Учебник для технических направлений и специальностей вузов. – Москва: Высшая школа, 2007. – 557с.

  2. Физическая химия. В 2 кн. Кн.1. Строение вещества. Термодинамика: Учебник для вузов/Под ред.К.С.Краснова – Москва:Высшая школа, 2001. – 512 с.

  3. И.П.Суздалев. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – Москва: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. – 592 с.

  4. Э.Г.Раков. Нанотрубки и фуллерены: учебное пособие. – Москва: Университетская книга, Логос, 2006. – 376 с.

  5. Наноструктурные материалы. Под.ред. Р.Ханнинка, А.Хилл. – Москва: Техносфера, 2009. – 488 с.

  6. П. Н. Дьячков. Углеродные нанотрубки: Получение, свойства, применения. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 293 с.

  7. Получение и исследование наноструктур: лабораторный практикум по нанотехнологиям / под ред. А. С. Сигова. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний –2009 – 160 с.

  8. Электронный конспект лекций по курсу «Химия наноструктур» - Москва, МЭИ (ТУ), 2008

б) дополнительная литература:

1. П.Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. – Москва: Техносфера, 2003. – 336 с.

2. Блюменфельд Л.А., Кукушкин А.К. Курс квантовой химии и строения молекул. –Москва: Изд-во МГУ, 1985. –346 с.

3. И.В.Мелихов. Физико-химическая эволюция твердого вещества. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 309 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. Портал Нанометр. Нанотехнологическое сообщество http://www.nanometer.ru/

2. Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы» http://www.portalnano.ru/

3. Научно-информационный портал по нанотехнологиям http://nano-info.ru/

4. http://www.nanonewsnet.ru/

5. Сайт российской корпорации нанотехнологий http://www.rusnano.com/

6. Российский электронный наножурнал http://www.nanorf.ru/

7. Интернет-журнал о нанотехнологиях Нано-дайджест http://nanodigest.ru/

б) другие:

1. Электронный конспект лекций по курсу «Химия наноструктур» - Москва, МЭИ (ТУ), 2008

2. Научно-технический журнал «Наноиндустрия».

3. Научно-популярный журнал «Российские нанотехнологии»

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, а также наличие современной учебной лаборатории, оснащенной приборами и оборудованием для изучения физических и химических свойств нанообъектов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 Ядерная энергетика и теплофизика и профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».


ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Михайлова И.А.


"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Низких температур

д.т.н., профессор Дмитриев А.С.

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)

Московский энергетический институт (технический университет) iconМосковский энергетический институт (технический университет)


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница