1-31 04 03 «Физическая электроника»

Кафедра _______________радиофизики и электроники__________

Курс (курсы) ______________5_________________

Семестр (семестры) ________9_________________

Рабочая учебная программа по спецкурсу составлена в соответствии с учебной программой,

утвержденной ___28__ ______05________ 2010 г.,
регистрационный номер УД-34-2010-1058 /баз.

Рассмотрена и рекомендована к утверждению в качестве рабочего варианта

доцент ____________ В.Н. Мышковец

доцент ____________ Е.А. Дей

Проблема создания наноструктур с заданными свойствами и контролируемыми размерами входит в число важнейших проблем XXI века. Ее решение революционизирует электронику, материаловедение, механику, химию, медицину и биологию. Нанотехнология признана специалистами всех развитых и развивающихся стран наиболее всеобъемлющей основой дальнейшего роста материального производства и благосостояния людей. В этой связи знание рассматриваемых вопросов важно студентам для успешного освоения специальных дисциплин, формирующих технический кругозор современного инженера-физика.

Целью курса является формирование у студентов представления о структуре и свойствах наноматериалов, технологических методах их синтеза и управления свойствами, технологии обработки.

Задачами курса являются:

– изучение структуры и свойств наноматериалов;

– изучение технологических методов синтеза наноматериалов;

– изучение технико-экономических характеристик процессов получения и обработки наноматериалов, областей применения.

– формирование умений и навыков использования полученных знаний при решении технических задач.

Материал курса основывается на ранее полученных студентами знаниях по дисциплине «Квантовая электроника».

В результате изучения курса:

– о структуре и свойствах наноматериалов, технологических методах синтеза и управления их свойствами, технологии обработки;

– физические основы процессов протекающих в системах, содержащих наночастицы;

– основные методы получения наноматериалов,

– структурные особенности нанокомпозиционных систем, физико-химические методы управления их свойствами;

– выбора наноматериалов при решении простых физико-технических задач;

– использования справочной, научно-технической и технической литературы по физике материалов, методах их формирования и обработки;

В результате изучения дисциплины «Наноматериалы и нанотехнологии» студент получает конкретные технические знания, умения рационально использовать известные материалы, проводить их обработку с целью достижения необходимых свойств, что существенно расширяет научно-технический кругозор необходимый молодому специалисту для успешной профессиональной деятельности.

Дисциплина «Наноматериалы и нанотехнологии» изучается студентами 5 курса специальности 1-31 04 01 02 «Физика (производственная деятельность)» и специальности 1-31-04-03 «Физическая электроника»

Общее количество часов — 60; аудиторное количество часов — 44, из них: лекции — 28, лабораторные занятия — 16. Форма отчётности — экзамен.

Введение. Цели и задачи курса. Классификация конденсированных частиц. Основные методы синтеза наночастиц. Размерные зависимости наночастиц. Методы исследования наноразмерных частиц. Сканирующая зондовая микроскопия. Атомно-силовая и магнитно-силовая микроскопия. Метод магнитно-силовой микроскопии. Методы электронной спектроскопии. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Ультрафиолетовая электронная спектроскопия. Оже-спектроскопия. Области применения наноматериалов.

Основные методы получения нанокластеров, наноструктур и нанокомпозитов. Газофазные кластеры. Коллоидные кластеры. Твердофазные нанокластеры. Основные методы получения нанокомпозитов. Плазмохимические методы. Метод Ленгмюра-Блоджетта. Газотермические методы синтеза нано и микроразмерных слоев. Газопламенное нанесение покрытий. Газовое напыление. Электродуговое напыление. Высокочастотное напыление. Плазменное напыление. Высокочастотное плазменное напыление. Детонационный синтез наноматериалов. Механосинтез, получение частиц электровзрывом. Формирование нанокомпозиционных слоев методом ионной имплантации.

Особенности формирования наноразмерных покрытий из газовой фазы. Закономерности образования и роста кластеров, формируемых из газовой фазы. Стадии и механизмы роста диспергированных покрытий при их осаждении из газового потока. Теории зародышеобразования. Коалесценция. Формирование наноразмерных слоев сложного состава.

Влияние метода синтеза на геометрические параметры и свойства наноразмерных частиц. Особенности структуры диспергированных покрытий. Эпитаксия.

Наноматериалы на основе углерода. Фуллерены и фуллериды. Синтез и свойства фуллеренов. Фуллериты, их свойства. Углеродные нанотрубки, их синтез. Капиллярные эффекты в нанотрубках. Эмиссионные свойства нанотрубок. Области использования фуллеренов и нанотрубок.

Методы получения нанокомпозиционных материалов. Макромолекулярные наноструктуры. Подходы к созданию нанокомпозиционных материалов. Процессы диспергирования как основа методов формирования нанокомпозиционных материалов. Методы агрегации при получении нанокомпозиционных материалов. Свойства нанокомпозиционных материалов.

Эффективные области применения наноматериалов. Основные проблемы и перспективы развития нанотехнологий.

Перечень лабораторных работ

1. Изучение устройства и методики оценки морфологии частиц методом атомно-силовой микроскопии.

2. Фрактальный анализ дисперсных систем. Расчет фрактальной размерности

3. Формирование полимерных наноразмерных частиц из активной газовой фазы

1. 
   Суздалев И. П. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: Комкнига. – 2006. – 592 с.
   
2. 
   Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и доп. М.: Наука-Физматлит. – 2007. – 416 с.
   
3. 
   Сергеев Г. Б. Нанохимия. М.: МГУ. – 2003. – 288 с.
   
4. 
   Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия. – 1988. – 464 с.
   
5. 
   Брандон, Б., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера. – 2004. – 384 с.
   

6. 
   Петров Ю. М. Кластеры и малые частицы. М.: Наука. – 1986. – 367 с.
   
7. 
   Нанокомпозиционные машиностроительные материалы: опыт разработки и применения / Авдейчик С. В. и др. Гр.: ГГУ. – 2006. – 403 c.
   
8. 
   Хартман У. Очарование нанотехнологии. / У. Хартман; пер. с нем. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. – 2008. – 173 с.
   
9. 
   Попов, А.Н. Улучшение триботехнических характеристик прецизионных узлов трения нанесением вакуумно-плазменных покрытий на основе титана и углерода : Автореф. канд. дис. Гомель: ИММС НАНБ, 2006. – 21 с.