4. Содержание и структура дисциплины (модуля)

№ раздела

Наименование раздела

Содержание раздела

Форма текущ. контроля

1

2

3

4

1

Введение. Основные понятия.

Задачи и цель дисциплины. Терминология. Критические технологии 21 века. Национальные программы. История развития нанотехнологий. Элементы нанотехнологии. Классификация нанотехнологий (НТ) и наноматериалов (НМ). Характеристика индустрии наносистем: нанотехнолоrии, наноматериалы, нанодиаrностики, наносистемотехники. Основные методы получения наносистем.

2

Поверхностные явления и межатомные процессы

Роль механических, электромагнитных взаимодействий в нанотехнологиях. Межатомное, молекулярное взаимодействие и когезионная энергия твердых тел. Поверхность, границы, морфология наноматериалов. Термодинамика поверхности, поверхностная энергия. Границы зерен в наноструктуированных материалах. Поверхностное натяжение. Физико-химия процессов адсорбции и десорбции. Изменение характера адсорбции и десорбции при переходе частиц в наноразмерную область.

выполнение письменного задания (ВПЗ)

3

Термодинамика явлений в наносистемах

Особенности термодинамических свойств наносред. Соотношение площади поверхности и массы нанообъектов. Изменение фазовых равновесий в наноразмерных системах. Особенности фазовых и полиморфных превращений в наносистемах. Изменение фазовых диаграмм наноматериалов.

ВПЗ защита лабораторных работ

(ЗЛР)

4

Кинетика процессов в наноразмерных системах

Зависимость параметров химической кинетики от размеров. Зависимость скорости реакции от размера частиц. Влияние размера наночастиц на температуру протекания реакции. Роль процессов диффузии. Объемная и поверхностная диффузия. Кинетические особенности химических процессов на поверхности наночастиц. Термодинамический подход к описанию влияния размерных факторов на сдвиг химического равновесия. Кинетика самоорганизации наноструктурных материалов. Процессы самосборки и катализа.

ВПЗ, ЗЛР

5

Физико-химические основы формирования наноструктурированных материалов

Формирования наноструктур по механизму «снизу – вверх». Термодинамические аспекты гомогенного зародышеобразования. Расчет критического размера и изменения свободной энергии зародышей разной формы. Термодинамические аспекты гетерогенного зародышеобразования на поверхности кристалла. Кинетика гетерогенного зародышеобразования. Формирования наноструктур по механизму «сверху – вниз». Основные методы получения наносистем. синтез, молекулярно-пучковая эпитаксия, метод Ленrмюра-­Блоджетт, золь-rель ­технолоrии, плазмохимические и ионно-лучевые технолоrии.

ВПЗ, ЗЛР

6

Физические основы наномеханики.

Наномеханика. Особенности физических законов механики нанообъектов. Общая характеристика наноструктурного состояния. Классические и квантовые размерные эффекты. Движение и управление атомами и молекулами на наноуровне, механические свойства наноансамблей и нанотехнологии. Процессы под иглой спектрального туннельного микроскопа (СТМ) и атомного силового микроскопа (АСМ).

ВПЗ

7

Формирование наноструктурированных областей при различных воздействиях на материалы.

Плазменные и электронно-лучевые процессы в нанотехнологиях.Закономерности образования зародышей и кластерообразования и формирование наноструктур в плазме. Формирование, особенности строения и формы наноструктурированных областей при энергетических воздействиях на поверхность. Агрегирование, упорядочение, самоорганизация наноразмерных структур. Физика перехода неупорядоченных систем в наноструктурированное состояние. Механизмы и закономерности деструкции поверхности при механическом и электронно-лучевом воздействии.

Перспективные направления развития нанотехнологий и их использование в промышленности.

ВПЗ