Преподаватели курса

Сидорова С.В.

Доцент кафедры МТ-11 МГТУ им. Н.Э. Баумана

Кандидат технических наук

• Преподаватели
• О курсе
• Требования
• Программа курса
• Результаты обучения
• Направления подготовки/специальности
• Компетенции

О курсе

Пользователи курса «Физико-химические основы нанотехнологий» смогут овладеть основными разделами курса: фундаментальными аспектами наноматериалов, наносистем и наноструктур; методами исследования наноматериалов и наносистем; методами получения наноматериалов и наносистем; основами теории роста тонких пленок; механизмами роста наноструктур и тонких пленок.

Для углубленного понимания и представления физико-химических процессов, проходящих при формировании наноструктур и наносистем, предусмотрены задачи по соответствующим темам курса. Наличие в курсе примеров решения практических заданий позволит пользователю подготовиться к промежуточным контрольным мероприятиям.

В курсе рассмотрены основные размерные эффекты, которые проявляются в наноразмерных частицах и наноструктурированных объектах. Указаны основные физические и химические законы, которые способствуют пониманию процессов, протекающих в наноразмерных объектах, а также пониманию работы оборудования для исследования наноразмерных объектов и наноматериалов.

Рассмотрены преимущества и недостатки существующих методов анализа поверхности и материалов. Приведены основные области применения методов, рассмотрены разрешающая способность, сравнительные характеристики методов для понимания применения того или иного метода в зависимости от поставленной задачи.

Приведена классификация методов создания наноматериалов и наносистем. Рассмотрены два типа технологий получения нанообъектов: «сверху–вниз» и «снизу–вверх», преимущества и недостатки основных методов указанных технологий. Представлены особенности методов самоорганизации и самосборки нанообъектов, наноструктур.

Представлены примеры приборов и устройств нанотехнологии и наноэлектроники. Рассмотрены физические закономерности эволюции проборов и устройств наноэлектроники. Обозначены основные принципы и особенности их работы.

Цель курса – обеспечение компетентности студентов в области наноматериалов и наносистем и реализации процессов получения наноматериалов и наносистем в широком спектре технических областей, ознакомление с основными методами и технологиями для формирования и анализа наноматериалов и наносистем, приобретение навыков анализа профессиональной информации.

Требования

Дисциплина входит в вариативную часть блока Б1 образовательных программ бакалавриата по направлению подготовки 28.03.02 «Наноинженерия», профиль «Инженерные нанотехнологии в машиностроении».
Изучение дисциплины предполагает предварительное освоение следующих дисциплин учебного плана:

• Иностранный язык (модуль «Профессиональная и научная терминология»).
• История.
• Математический анализ.
• Линейная алгебра и функции нескольких переменных.
• Интегралы и дифференциальные уравнения.
• Физика.
• Химия.

Программа курса

Курс состоит из 4 модулей, 10 лекций:

МОДУЛЬ 1     «ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ»
Неделя 1.
Лекция 1. Предмет и фундаментальные аспекты курса    
Историческая справка. Нобелевские премии по физике и химии, оказавшие влияние на развитие нанотехнологий. Основные понятия и определения    
Неделя 2.
Лекция 2. Дисперсные системы    
Дисперсное состояние вещества. Классификация дисперсных систем. Основные характеристики дисперсных систем    
Неделя 3.
Лекция 3. Размерные эффекты в наноматериалах и наносистемах    
Электросопротивление наноразмерных пленок. Плотность электронных состояний. Оптические свойства наноразмерных структур. Термодинамические характеристики. Упругость наноматериалов. Магнитный момент нанокластеров    
Неделя 4.
Лекция 4. Основы термодинамики поверхностных явлений
Термодинамические функции состояния. Термодинамические функции процесса. Поверхностные явления. Связь поверхностного натяжения с объемными свойствами веществ. Методы измерения поверхностного натяжения. Методы измерения краевого угла смачивания

МОДУЛЬ 2     «МЕТОДЫ АНАЛИЗА НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОСИСТЕМ»    
Неделя 5.
Лекция 5. Методы анализа наноматериалов и наносистем
Зондовые методы микроскопии. Методы электронной микроскопии. Люминесцентная микроскопия. Дифракционные методы. Методы спектроскопии. Магниторезонансные методы. Масс-спектрометрия. Наногравиметрия

МОДУЛЬ 3     «МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОСИСТЕМ»    
Неделя 6.
Лекция 6. Методы получения наночастиц и наноматериалов по технологии «сверху–вниз»
Методы литографии. Помол и диспергирование. Золь-гель технологии.
Неделя 7.
Лекция 7. Методы получения наночастиц и наноматериалов по технологии «снизу–вверх»
Самоорганизация    . Сборка – получение кластеров. Физические методы осаждения. Химические методы осаждения. Нанореакторы
Неделя 8.
Лекция 8. Существующие модели и механизмы роста пленок    
Модели роста тонкой пленки. Механизмы роста тонкой пленки. Нуклеация и агломерация. Гомогенная нуклеация. Гетерогенная нуклеация
Неделя 9.
Лекция 9. Островковые тонкие пленки и наноструктуры
Актуальность применения ОТП и ОНС для изделий микро- и нанотехнологий. Классификация методов формирования ОТП и ОНС в вакууме. Токоперенос и электропроводность в ОТП. Контроль роста ОТП и ОНС в вакууме

МОДУЛЬ 4     «ПРИБОРЫ, УСТРОЙСТВА И ОБОРУДОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ»
Неделя 10.
Лекция 10. Приборы, устройства и оборудование нанотехнологий
Телевизор: от электронно-лучевой трубки до гибкой электроники. Дополненная реальность. Солнечная энергетика. Мемристоры. Наносенсоры. Нанопроцессоры. Нанотранзисторы. Новые свойства – новые устройства. Переход в «третье измерение». Миниатюризация и повышение плотности. Оборудование для производства изделий микро- и наноэлектроники.

Результаты обучения

В результате изучения курса «Физико-химические основы нанотехнологий» у пользователя появляется представление об:

• особенностях наноразмерных объектов;  
• принципах, физических и химических параметрах, которые участвуют в описании наноразмерных объектов;
• современных возможностях исследования и анализа наноразмерных объектов и наноматериалов;
• современных методах и технологиях получения наноразмерных объектов и наноматериалов;
• видах и типах изделий и устройств на базе наноструктур, их особенностях и преимуществах в сравнении с существующими.

В результате освоения курса студент будет

Знать:

• Основные понятия и терминологии, в том числе на английском языке, в отношении областей знаний.  
• Законы и принципы взаимодействия атомов в наноструктурах.

Уметь:

• Применять методы математики для оценки и решения профессиональных задач.
• Применять существующие данные о размерах и режимах получения нанообъектов для анализа.
• На основе анализа предложенных типов нанотехнологического оборудования оценивать возможные выходные параметры изделия наноинженерии.
• Обосновывать принятые или предлагаемые решения по выбору оборудования или характеристик изделия.

Владеть:

• Навыками выявления основных объектов предметной области.
• Навыками расчета параметров наноразмерных и дисперсных систем.

Компетенции

Собственные общекультурные компетенции (СОК)

Социально-личностные компетенции

СОК-5 Способность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач межличностного, межкультурного и профессионального взаимодействия.

СОК-7 Способность к самоорганизации и самообразованию.

Познавательные (когнитивные) компетенции

СОК-10 Способность выстраивать логику рассуждений и высказываний, проводить анализ, систематизацию, классификацию, интерпретацию соответствующей информации, формулировать выводы, адекватные полученным результатам.

СОК-12 Способность анализировать профессиональную информацию, выделять в ней главное, структурировать, оформлять и представлять в виде реферативных обзоров, отчетов о проделанной работе.

Собственные общепрофессиональные компетенции (СОПК)

СОПК-1 Способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач.

СОПК-2 Способность работать с компьютером как средством управления информацией, готовностью работать с программными средствами общего и специального назначения.

Собственные профессиональные компетенции (СПК)

Научно-исследовательская деятельность

СПК-3 Способность проводить информационный поиск по отдельным объектам исследований.

СПК-4 Способность осуществлять подготовку данных для составления обзоров и отчетов.

Профильно-специализированные компетенции (ПСК)

ПСК-2.1 Способность применять методы фундаментальных и общетехнических наук для анализа и моделирования ключевых процессов изготовления изделий наноинженерии различного функционального назначения.