п/п Направление самостоятельной работы студентовЧасы 1Текущая проработка лекционного материала18 2Подготовка теоретических вопросов, вынесенных на самостоятельное изучение 6 3Подготовка и оформление отчетов по лабораторным работам 6 4Выполнение индивидуальных заданий (написание реферата) 12 5Подготовка к контрольным работам6 6Подготовка к итоговому контролю (экзамену)24 Итого:72 Распределение часов, выделенных для самостоятельной работы студентов

Рейтинг-план Наименование модуля Лекции (баллов) Лаб. занятия (баллов) Конт- рольные (баллов) Макс. балл модуля Общие представления о наноматериалах и нанотехнологиях. Роль нанотехнологий в современном мире 20-- Структура и свойства наночастиц и нанопорошков Диагностика физических характеристик Диагностика механических характеристик Диагностика микротвердости и нанотвердости Анализ фазового состава наноматериалов 10-- Микроскопия20-- Максимальный балл в семестре Индивидуальные задания (баллов) 110 Экзамен200 ИТОГО1000

Темы рефератов 1.Аттестация механических и трибологических свойств функциональных наноструктурных покрытий. 2.Метод малоуглового рассеяния нейтронов для исследования наноструктуры пористых теплоизоляционных материалов. 3.Фотоэмиссионная и рентгеновская спектроскопия. 4.Нанотехнологии – путь к новым возможностям современного научного мира. 5.Наноструктурные материалы с эффектами памяти формы: структура и свойства. 6.Термические методы анализа. Их применение к наноматериалам. 7.Проблемы неразрушающего контроля наноматериалов. 8.Надежды и разочарования нанообъектов и нанотехнологий. 9.Люминесцентные свойства керамических наноматериалов. 10.Оптические и тепловые свойства нанокерамик. 11.Современное состояние проблемы термостабильности наноматериалов. 12.Оптическая микроскопия: возможности применения для исследований наноматериалов в настоящем и будущем

Методы и оборудование для диагностики структуры и свойств наноматериалов Курс посвящен изучению: структуры и свойств наночастиц и нанопорошков, традиционным и новым методам определения физических и механических характеристик, методам анализа структурно-фазового состава материалов, в том числе и с нанокристаллической структурой.

Краткая история нанотехнологий 400 г. до н.э. - греческий философ Демокрита впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества Джордж Истмэн (основатель известной компании Kodak) изобрел фотопленку, ставшую примером первого использования нанотехнологий Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

Краткая история нанотехнологий Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, ставший прообразом современного электронного микроскопа компания Siemens, в которой работал Руска, выпустила первый коммерческий электронный микроскоп с разрешающей способностью 10 нм. Первый практический ПЭМ, на экспозиции в немецком музее в Мюнхене, Германия

Краткая история нанотехнологий 29 декабря 1959 г. 29 декабря 1959 г. - День рождения нанотехнологий Профессор Калифорнийского технологического института Ричард Фейман выступил с докладом «Там внизу много места» ( «Theres Plenty of Room at the Bottom») на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

Краткая история нанотехнологий Альфред Чо и Джон Артур обосновали теоретическую возможность использования нанотехнологий в решении задач обработки поверхностей и достижения атомной точности при создании электронных приборов Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп, способный показывать отдельные атомы.

Краткая история нанотехнологий Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр и открыли фуллерены - молекулы, состоящие из 60 атомов углерода, расположенных в форме сферы.

Краткая история нанотехнологий Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться. Эрик Дрекслер Нанороботы

Краткая история нанотехнологий Японский профессор Сумио Лиджима, работавший в компании NEC, использовал фуллерены для создания углеродных трубок (или нанотрубок) диаметром 0,8 нм. На их основе в наше время выпускаются материалы в сто раз прочнее стали Американские ученые - профессор физики Марк Рид (Йельский университет) и профессор химии Джеймс Тур (Райсский университет) - разработали единые принципы манипуляции как одной молекулой, так и их цепочкой Сиз Деккер соединил углеродную трубку с ДНК, получив единый наномеханизм.

Научный и практический интерес - постоянное стремление человечества к миниатюризации изделий, - уникальные свойства материалов в наноструктурном состоянии, - необходимость разработки и внедрения материалов с качественно и количественно новыми свойствами, - развитие новых технологических приемов и методов, базирующихся на принципах самосборки и самоорганизации, - практическое внедрение современных приборов исследования, диагностики и модификации наноматериалов (сканирующая зондовая микроскопия), - развитие и внедрение новых технологий, представляющих собой последовательность процессов литографии, технологий получения нанопорошков и т.п., - приближение к фундаментальным ограничениям (скорость света, соизмеримость наноструктурных элементов с длиной волны электрона и т.п.).

Наночастицы Наночастицы – это частицы, имеющие размеры от 1 до 100 нм. Они состоят из 10 6 или меньшего количества атомов, и их свойства отличаются от свойств объемного вещества, состоящего из таких же атомов. Другой характерной особенностью наночастиц является отсутствие структурных дефектов. Наноматериалами Наноматериалами называют материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками. Терминология

Нанотехнология Нанотехнология – это совокупность методов и приемов, применяемых при изучении, проектировании, производстве и использовании структур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, интеграции и взаимодействия составляющих их наномасштабных элементов (1-100 нм) для получения объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами. Терминология

Основы классификации наноматериалов Классификация наноматериалов по геометрическим параметрам

Основы классификации наноматериалов Классификация Г. Глейтера (по химическому составу и распределению фаз)

Основы классификации наноматериалов Классификация наноразмерных структур (НРС)

Основы классификации наноматериалов Классификация наноструктур по нанобазису «Классические» твердотельные НРС Синтетические НРС Наноразмерные биоструктуры Наночастицы Нанотрубки Металлы, полупроводники, диэлектрические тонкие пленки Квазиодномерные проводники Квазинульмерные металлы, полупроводники, диэлектрические объекты Нанокристаллы и т.д. Нанополимеры Синтетические нановолокна Синтетические тонкие пленки Наноколлоиды Нанокристаллы (каучук, кевлар, тефлон и т.п.) Биомолекулярные комплексы Модифицированны е вирусы Органические наноструктуры

Основы классификации наноматериалов Классификация по разновидностям наноматериалов: консолидированные наноматериалы, нанокомпозиты, наночастицы, нанопорошки, нанокерамика, нанополупроводники, нанополимеры, нанобиоматериалы, сверхпроводники, наноэлектромеханические системы, фуллерены, фуллериты, углеродные нанотрубки, супрамолекулярные структуры.

Основы классификации наноматериалов Консолидированные материалы порошковая металлургия интенсивная пластическая деформация кристаллизация из аморфного состояния нанесение покрытий

Основы классификации наноматериалов Нанокомпозиты характерсвязностиформа структурных элементов матричные каркасные однокомпонентные поликристаллы волокнистые зернистые слоистые объемное расположение структурных элементов регулярные стохастические

Основы классификации наноматериалов изолированныйхарактер совокупныйхарактер Наночастицы и нанопорошки представляют собой квазинульмерные структуры различного состава, размеры которых не превышают нанотехнологической границы

Основы классификации наноматериалов Нанокерамика поликристаллические материалы, полученные спеканием неметаллических порошков с размером частиц менее 100 нм конструкционная (для создания механически прочных конструкций) функциональная(специфическиеэлектрические, магнитные, оптические, термические функции)

Основы классификации наноматериалов Нано- и микроэлектромеханические системы (НЭМС и МЭМС) совокупность электронных и механических элементов, выполненных в наноразмерном исполнении на основе групповых методов Преимущества НЭМС состоят в сопряжении элементов различного функционального назначения – механических и электронных.

Основы классификации наноматериалов Фуллереновые молекулы: а) C60, б) C70, в) фуллерит Фуллерены и фуллериты

Основы классификации наноматериалов Модели поперечного сечения многослойных нанотрубок: а) «матрешка», б) «сверток», в) атомарная структура однослойной нанотрубки Углеродные нанотрубки одноразмерный фуллерен цилиндрической формы

ОСОБЕННОСТИСВОЙСТВНАНОМАТЕРИАЛОВ

Особенности свойств наноматериалов

ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И ВОЗМОЖНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ

Области применения наноматериалов Энергетика передача электроэнергии превращение первичных энергоресурсов Медицина генетика токсикологияфармокология микробиология хирургия онкология Электронная техника Материаловедение Военная техника Автомобилестроение Химическаяпромышленность Сельское хозяйство Ядерная энергетика