Скачать 147.99 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФМОСКОВСКИЙ 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)
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:
Задачами дисциплины являются
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:
Уметь:
Владеть:
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.
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 наночастиц4.4. 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:
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. |