- •Современные нанотехнологии в химии учебно-методический комплекс подготовка магистра по направлению
- •Магистерская программа «Химия»
- •Содержание
- •Пояснительная записка
- •Дисциплина
- •Лабораторные работы
- •Лабораторная работа № 1 Получение коллоидного золота цитратным методом
- •Лабораторная работа № 2 Определение порога быстрой коагуляции коллоидного золота
- •Лабораторная работа № 3 Получение коллоидного серебра цитратным методом
- •Лабораторная работа № 4 Получение коллоидного серебра тетрагидридоборатным методом
- •Лабораторная работа № 5 Фотохимический синтез коллоидной меди
- •Лабораторная работа № 6 Получение коллоидного золота в органическом растворителе
- •Лабораторная работа № 7 Получение серебряных наностержней
- •Лабораторная работа № 8 Получение платиновых нанопроводов в полимерной матрице
- •Список литературы, необходимой для выполнения лабораторных работ (получить у преподавателя)
- •Индивидуальные задания для самостоятельной работы
- •Примерная тематика рефератов и презентаций
- •Требования к структуре реферата
- •Критерии оценки рефератов
- •Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
- •Краткое содержание итоговой аттестации по дисциплине
- •Примерный перечень вопросов к экзамену по дисциплине
- •«Современные нанотехнологии в химии»
- •Учебно-методический комплекс «Современные нанотехнологии в химии» разработан в соответствии со всеми требованиями, предъявляемыми к ооп, и может быть издан в издательстве ргпу им. А.И.Герцена.
Дисциплина
«СОВРЕМЕННЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ХИМИИ»
Место дисциплины в структуре ООП: профессиональный (специальный) цикл
Трудоемкость и аттестация по дисциплине:
Дисциплина / семестр |
Трудоемкость |
Аудиторная нагрузка, часы: |
Форма итоговой аттестации / семестр |
|||||
Всего кредитов / из них на экзамен |
Всего часов на теоретическое обучение |
из них: |
Лекции |
Практические занятия |
Лабораторные занятия |
|||
Аудиторная нагрузка |
Самостоятельная работа |
|||||||
СОВРЕМЕННЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ХИМИИ /3 |
5/1 |
144 |
36 |
108 |
7 |
- |
29 |
Экзамен/3 |
Цель и ожидаемые результаты изучения дисциплины: формирование у студентов компетенций
- наличие представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (нанохимия и нанотехнологии) (ПК-1);
- владение теорией и навыками практической работы в избранной области химии (в соответствии с темой магистерской диссертации) (ПК-3).
Для достижения поставленной цели необходимо, чтобы студенты:
Знали:
законы поведения вещества в нанометровом размерном диапазоне, механизм возникновения размерных физических и химических эффектов;
основные виды нанообъектов и наноматериалов;
основные научно-технические проблемы нанотехнологии и
перспективы развития данной фундаментальной области знаний.
Умели:
прогнозировать физико-химические свойства нанообъектов и наноматериалов;
поставить задачу на проведение исследований нанообъектов
Владели:
навыками постановки задач при применении физико-химических методов исследования нанообъектов и навыками обработки результатов исследований.
Содержание дисциплины с указанием разделов (тем) и часов по видам занятий, а также часов самостоятельной работы:
Дисциплина:
№ п/п |
Название темы с кратким содержанием |
Виды занятий, часы |
Самостоятельная работа, часы |
Всего часов |
||
Лекции |
Практические занятия |
Лабораторные занятия |
||||
1. |
Введение в химию нано-состояния вещества. История развития химии нано-состояния вещества. |
1 |
- |
- |
4 |
5 |
2. |
Основные понятия нанохимии. Определение нанохимии. Основные задачи нанохимии. Объекты нанохимии, их классификация. Наноматериалы. Нанотехнологии. |
1 |
- |
- |
10 |
11 |
3. |
Методы синтеза наноструктур и наноматериалов. История развития методов синтеза наноматериалов; два основных технологических подхода: «сверху–вниз», «снизу–вверх». Методы синтеза нанопорошков: физические методы (метод электровзрыва, механическое и ультразвуковое диспергирование), химические методы (криохимический синтез, золь-гель методы). Принципы синтеза сложных наночастиц по типу «ядро в оболочке». Методы получения наноструктурированных материалов. Кристаллизация из аморфного состояния. Интенсивная деформация. Пленочные технологии (химическое осаждение из газовой фазы (CVD), физическое осаждение из газовой фазы (PVD), элекроосаждение, ионно-лучевая эпитаксия, золь-гель осаждение). Темплатный синтез наноматериалов и наноструктур. Подходы, основанные на принципе самосборки. |
2 |
- |
8 |
12 |
22 |
4. |
Методы исследования наноразмерных систем. Микроскопические методы исследования. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения. Зондовая сканирующая микроскопия (сканирующая туннельная, атомно-силовая, ближнепольная оптическая). Принцип работы зондовых микроскопов. Дополнительные возможности зондовой микроскопии: атомные манипуляции. Спектроскопические методы исследования. Спектроскопия комбинационного рассеяния. Мессбауэровская спектроскопия. Метод ядерного магнитного резонанса. Дифракционные методы исследования. Малоугловое рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей. Дифракция медленных электронов. |
2 |
- |
21 |
12 |
35 |
5. |
Нанотехнологии. Области использования и перспективы развития. Элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры, фотодетекторы, солнечные элементы, наносенсоры и др.) Молекулярные электронные устройства (переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне). Углеродные наноматериалы. Наноалмазы. Фуллерены – строение, получение, свойства, применение. Графен. Нанотрубки. Нанокатализ. Кинетические особенности протекания химических процессов на поверхности наночастиц. Использование нанокатализаторов. Разделение смесей с использованием пористых наноматериалов – «молекулярных сит». Материалы на основе наноструктур. Наноэнергетика. Топливные элементы и устройства для хранения энергии. Применение нанотехнологий в биологии и медицине. Создание биосовместимых поверхностей контакта, имплантатов и искусственных органов. Разработка и анализ лекарственных препаратов. Доставка лекарственных препаратов и генов внутрь клеток. |
- |
- |
- |
66 |
66 |
6. |
Наномифы – миф об «отце-основателе» нанотехнологии, миф о безотходной технологии, миф о физическом методе синтеза веществ, миф о наномашинах и нанороботах, теория «серой слизи» Дрекслера. |
1 |
- |
- |
4 |
5 |
Итого: |
7 |
- |
29 |
108 |
144 |
Интерактивные формы занятий:
№ темы |
Формы |
2-6 |
Групповое обсуждение презентации, сделанной студентом по теме реферата |
2-6 |
Презентации и обсуждение исследовательских планов студентов по магистерским диссертациям |
|
Всего: 14 час/40% от ауд. занятий |
Содержание самостоятельной работы студентов по темам дисциплины.
Содержание инвариантной самостоятельной работы студентов по темам:
№ п/п |
Темы дисциплины |
Содержание самостоятельной работы студентов |
Количество часов |
|
Введение в химию нано-состояния вещества |
- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме |
3
|
|
Основные понятия нанохимии |
- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка к лабораторной работе |
4
4 |
3. |
Методы синтеза наноструктур и наноматериалов |
- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка к лабораторной работе - Подготовка рефератов |
3
3
3 |
4. |
Методы исследования наноразмерных систем |
- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка к лабораторной работе - Подготовка рефератов |
3
3
3 |
5. |
Нанотехнологии. Области использования и перспективы развития |
- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка отчетов - Подготовка рефератов - Подготовка презентаций |
6
6
20
18 |
6. |
Наномифы |
- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме |
3
|
Итого: |
82 часа |
Содержание вариативной составляющей самостоятельной работы:
№ п/п |
Темы дисциплины |
Содержание самостоятельной работы студентов |
Количество часов |
1. |
2-6 |
Самостоятельное изучение научно-популярной литературы по теме реферата |
12 |
2. |
2-6 |
Работа с электронными источниками информации по теме реферата |
14 |
Итого: |
26 часов |