1555

УДК 629.331 : 620.3

Новиков, А. И. Применение нанотехнологий в автомобильном транспорте [Эл. ресурс] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов / А. И. Новиков; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 21 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № ___ от «___» ___________ 2016 г. )

Рецензент: зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Применение нанотехнологий в автомобильном транспорте» (индекс по учебному плану – Б1.В.ДВ.5.1) относится к вариативной части профессионального цикла дисциплин основной образовательной программы направления подготовки 23.03.03– Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (уровень бакалавриата) в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации 14.12.2015 №1470, и учебным планом направления, утвержденным ректором ВГЛТУ.

Основной целью изучения дисциплины является повышение научной подготовки студентов на основе изучения применения современных нанотехнологий в области автомобильного транспорта и развития навыков самостоятельного решения научно-технических задач.

Самостоятельная работа студентов, предусмотренная учебным планом в объеме одной зачѐтной единицы (36 академических часов), способствует развитию следующих общекультурных (ОК), общепрофессиональных (ОПК) и профессиональных (ПК) компетенций:

–способностью к самоорганизации и самообразованию (ОК-7);

–готовностью применять систему фундаментальных знаний (математических, естественнонаучных, инженерных и экономических) для идентификации, формулирования и решения технических и технологических проблем эксплуатации транспортно-технологических машин и комплексов (ОПК-3);

–способностью выбирать материалы для применения при эксплуатации и ремонте транспортных, транспортно-технологических машин и оборудования различного назначения с учетом влияния внешних факторов и требований безопасной, эффективной эксплуатации и стоимости (ПК-10);

–способностью использовать современные конструкционные материалы

впрактической деятельности по техническому обслуживанию и текущему ремонту транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования (ПК-41).

1. ФОРМЫ И СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.1. Аудиторная самостоятельная работа

Аудиторная самостоятельная работа (под непосредственным контролем преподавателя) включает в себя:

–Выполнение лабораторных работ, носящих научно-исследовательский характер, под контролем преподавателя.

–Защиту отчетов по лабораторным работам.

–Выполнение тестовых заданий для проверки качества усвоения знаний

ипоследующую самостоятельную работу над указанными преподавателем ошибками в них.

–Самоконтроль и взаимоконтроль выполняемых индивидуальных заданий (оценивание знаний студентов на лабораторных занятиях самими студентами).

1.2. Внеаудиторная самостоятельная работа

Основными формами внеаудиторной самостоятельной работы являются: 1.2.1. Теоретическая подготовка к лабораторным занятиям (на основе ре-

комендованной литературы и информационных ресурсов сети Интернет).

1.2.2. Выполнение заданий для самостоятельной подготовки, включенных в содержание лабораторных работ.

1.2.3. Создание тезауруса курса (тезаурус — специальный тип словаря нормативной лексики с точно определенными связями между терминами).

1.2.4. Выполнение реферата по выбранным темам (см. п. 2.1).

Учебный реферат является самостоятельной научно-исследовательской работой студента, в которой раскрывается суть исследуемой проблемы, излагается собственная точка зрения на нее. Основными свойствами реферата являются: передача ключевой, наиболее важной информации (самых существенных положений, выводов); сжатый, свернутый вид; наличие собственной оценки рассматриваемых положений со стороны студента.

Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать мате-

риал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.

Подготовка реферата – один из наиболее сложных видов самостоятельной работы, реферирование приучает студента вдумчиво работать с источниками, ориентироваться в них, выбирая необходимую информацию.

Реферирование - интеллектуальный творческий процесс, включающий осмысление первичного текста, преобразование информации аналитикосинтетическим способом и создание нового (вторичного) текста.

Реферат – адекватное по смыслу изложение содержания первичного текста. Она отражает главную информацию, содержащуюся в первоисточнике, новые сведения, существенные данные. Работа должна быть информативной, отличаться полнотой изложения, объективно передавать содержание первичного текста, корректно оценивать материал, содержащийся в первоисточнике. Реферативная работа может быть репродуктивной, воспроизводящей содержание первичного текста, и продуктивной, содержащей критическое или творческое осмысление реферируемого источника.

Реферат, выполняемый по дисциплине «Применение нанотехнологии в автомобильном транспорте», относится к категории продуктивных, является самостоятельной научно-исследовательской работой студента, в которой раскрывается суть исследуемой проблемы, излагается собственная точка зрения на нее.

Основными свойствами реферата являются:

–передача ключевой, наиболее важной информации (самых существенных положений, выводов);

–сжатый, свернутый вид;

–наличие собственной оценки рассматриваемых положений со стороны студента, отраженных в заключении.

Реферат – результат смысловой переработки прочитанного, поэтому он не должен носить компилятивный характер, состоять из механически скопированных (например, из Интернета) конструкций.

1.2.5. Подготовка аннотированного обзора литературы по заданной теме. Аннотация — сжатая, краткая характеристика книги (статьи или сборни-

ка), ее содержания и назначения. В аннотации перечисляются главные вопросы, проблемы первичного текста, иногда характеризуются его структура, компози-

ция. Как правило, аннотация состоит из простых предложений. Аннотация имеет следующие основные части:

–содержательную характеристику первоисточника, цель автора;

–композицию, структуру первичного текста;

–иллюстративный материал, приведенный в первоисточнике.

Если в процессе самостоятельной работы над изучением теоретического материала возникли проблемы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения у него разъяснений или указаний. При этом следует формулировать вопросы максимально конкретно.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ

Поскольку в рамках аудиторных занятий невозможно охватить дисциплину в полном объеме, на самостоятельное изучение выносится ряд разделов дисциплины. Преподаватель сообщает содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам.

2.1. Темы, выносимые на самостоятельную работу

1.Работа Эрика Дрекслера «Машины созидания» – обзор основных парадигм. Возражения Ричарда Смолли о возможности механосинтеза.

2.Квантовые точки: особенности энергетического спектра, аналогия со структурой атома.

3.Квантовые точки: методы изготовления и возможные применения

4.Наноэлектроника: нанопроводники и полупроводники

5.Наноэлектроника: одноэлектронные устройства

6.Наноэлектроника: квантовые компьютеры

7.Наноэлектроника: кубиты

8.Наноэлектроника: молекулярные логические устройства

9.Эффект гигантского магнитосопротивления. Эффект Джозефсона

10.Спинтроника: основные идеи и применения.

11.Квантовые компьютеры: идеология, алгоритмы, возможные пути технической реализации

12.Микро- и наноэлектромеханические системы. Основные принципы построения.

13.Наноэлектромеханические системы на автомобильном транспорте: проблемы и перспективы применения

14.Микро- и наноэлектромеханические системы: нанодвигатели

15.Микро- и наноэлектромеханические системы: наноавтомобили.

16.Микро- и наноэлектромеханические системы: наноманипуляторы.

17.Микро- и наноэлектромеханические системы: нанонасосы.

18.Микро- и наноэлектромеханические системы: нанороботы.

19.Автомобильные наноматериалы и нанокомпозитные покрытия для снижения трения

20.Использование наночастиц меди в металлоплакирующих присадках к автомобильным пластичным смазкам

21.Автомобильные наноматериалы для защиты от коррозии.

22.Углеродные нанотрубки (УНТ) для хранения водорода в топливных элементах электромобилей

23.Наноматериалы для хранения водорода

24.Нанокатализаторы в топливах и маслах для двигателей

25.Сенсоры для идентификации и количественного определения токсикантов в отработавших газах (ОГ) двигателей внутреннего сгорания.

26.Фундаментальные основы нанотехнологий: понятия нанонауки, нанотехнологии и наноинженерии

27.Фундаментальные основы нанотехнологий: место нанообъектов на общей шкале размеров и их классификация в терминах пространственной размерности

28.Основные этапы развития нанотехнологий. Персоналии, сыгравшие наиболее значимые роли в становлении междисциплинарной области практических знаний

29.Фундаментальные основы нанотехнологий: подходы «сверху-вниз» и «снизу-вверх» к получению наноматериалов.

30.Фундаментальные основы нанотехнологий: понятия авто- и самосборки. 31.Пучковые методы нанолитографии: электронная литография 32.Пучковые методы нанолитографии: ионная литография 33.Рентгеновская литография 34.Пучковые методы нанолитографии: позитронная литография

35.Пучковые методы нанолитографии: нейтронная литография

36.Зондовые методы нанолитографии: силовая СЗМ-литография

37.Зондовые методы нанолитографии: токовая СЗМ-литография

38.Зондовые методы нанолитографии: автоэмиссия

39.Зондовые методы нанолитографии: литография с использованием резиста

40.Зондовые методы нанолитографии: совместное использование лазера и сканирующего туннельного микроскопа (СТМ)

41.Зондовые методы нанолитографии: термомеханическая нанолитография

42.Зондовые методы нанолитографии: перьевая нанолитография

43.Зондовые методы нанолитографии: локальное анодное окисление зондом атомно-силового микроскопа (АСМ)

44.Литография наносферами

45.Нанопечатная литография (НПЛ)

46.Литографически индуцированная самосборка (ЛИС)

47.Классификации твердых тел по их агрегатному состоянию. Нанокристаллическое состояние как переход от аморфного к поликристаллическому.

48.Уникальные свойства наноматериалов: особенности структуры зерен и межзеренного вещества в нанокристаллическом состоянии

49.Методы получения наночастиц и наноструктур: осаждение из газовой и жидкой фазы

50.Методы получения наночастиц и наноструктур: быстрое отвердевание из расплава

51.Методы получения наночастиц и наноструктур: интенсивные пластические деформации

52.Методы получения наночастиц и наноструктур: рекристаллизация из аморфного состояния

53.Метастабильность нанокристаллического состояния. Явление рекристаллизации.

54.Оценка степени пористости нанопродуктов и наличия в них излишних механических напряжений.

55.Основные применения нанокристаллических материалов.

56.Фуллерены. Основные физико-химические свойства углерода, особенности углеродной связи и гибридизации электронных орбиталей.

57.Основные классические аллотропные формы углерода: графит и алмаз. 58.История открытия фуллеренов в контексте астрофизических исследова-

ний.

59.Структура фуллеренов с точки зрения геометрии и особенностей углеродных связей. Формула Эйлера.

60.Общая закономерность структуры фуллеренов.

61.Методы синтеза фуллеренов. Роль инертных газов в соответствующих методиках.

62.Основные физико-химические свойства фуллеренов.

63.Особенности термической стабильности и окисления фуллеренов для создания нанотрубок.

64.Фуллероидные соединения на основе C60. Химические модификации эле-

ментами H, F, Cl и OH.

65.Кристаллические модификации фуллеренов – фуллериты и фуллериды.

66.Эндоэдральные структуры на основе фуллеренов.

67.Особенности фазовых переходов в фуллеритах.

68.Условия наблюдения проводимости и сверхпроводимости в фуллеридах.

69.Основные потенциальные применения фуллеренов.

70.Углеродные нанотрубки: Одностенные и многослойные нанотрубки. 71.Связь между строением нанотрубок и структурой графита. Сравнение

межатомных расстояний внутри одного слоя и между слоями. 72.Углеродные наноматериалы и нанообъекты: наностержни 73.Углеродные наноматериалы и нанообъекты: наноалмазы. 74.Углеродные наноматериалы и нанообъекты: карбин. 75.Углеродные наноматериалы и нанообъекты: графен.

76.Углеродные наноматериалы и нанообъекты: интеркалированные соединения

77.Молекулярные кластеры: фрактальные наноструктуры.

78.Молекулярные кластеры: коллоиды

79.Молекулярные кластеры: жидкие кристаллы

80.Молекулярные кластеры: наножидкости

81.Молекулярные кластеры: нанокомпозитные материалы

82.Молекулярные кластеры: нановолокна

83.Молекулярные кластеры: наностекла

84.Молекулярные кластеры: нанопорошки

85.Молекулярные кластеры: нанопористые поверхности

86.Молекулярные кластеры: фотонные кристаллы

87.Молекулярные кластеры: плазменные кристаллы