Реферат: Программа дисциплины «Основы нанохимии и нанотехнологии»

Аннотированная программа дисциплины

«Основы нанохимии и нанотехнологии»


Цели и задачи дисциплины - сформировать у студентов комплекс фундаментальных представлений, составляющих основу одной из наиболее востребованных в настоящее время дисциплин – нанохимии и нанотехнологии.

Краткое содержание курса

Базовые термины и понятия. Основные классы наноразмерных систем

Определение понятий: нанонаука, нанотехнология, наночастица, наноструктура. Наноматериалы. Критерии определения наноматериалов: критический размер и функциональные свойства. Основные типы наноразмерных систем.

^ Синтез наноматериалов

Два основных технологических подхода: диспергационный («сверху–вниз»), конденсационный («снизу–вверх»). Методы синтеза нанопорошков: физические методы (метод электровзрыва, механическое и ультразвуковое диспергирование), химические методы (криохимический синтез, золь-гель методы, бумажный и тканевый синтез, синтез в обратных микроэмульсионных системах). Принципы синтеза сложных наночастиц по типу «ядро в оболочке». Методы получения наноструктурированных материалов. Темплатный синтез наноматериалов и наноструктур. Подходы, основанные на принципе самосборки (гетероэпитаксия, самосборка в монослоях и др.).

^ Методы исследования наноразмерных систем

Микроскопические методы исследования. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения. Зондовая сканирующая микроскопия. Спектроскопические методы исследования. Дифракционные методы исследования. Газово-адсорбционный метод для определения удельной поверхности порошкообразных материалов и оценки размера частиц.

^ Физико-химия наностуркутрированных материалов

Энергетическое состояние поверхности. Валентно-ненасыщенные состояния. Поверхность в зонной модели. Искривление зон. Состояния и уровни Шоккли и Тамма. Термодинамика поверхности. Экспериментальные методы определения поверхностной энергии твердых тел. Процессы на поверхности и в приповерхностных слоях; адсорбция и десорбция; реконструкция и релаксация поверхностей. Основы физической химии наносистем.

^ Основные проблемы нанохимии

Влияние размера частиц на особенности их химических свойств и реакционную способность. Размерные эффекты. Проблемы устойчивости наночастиц и их ассоциатов; факторы, обуславливающие стабильность. Способы стабилизации наночастиц. Нанокомпозитные материалы. Классификация нанокомпозитов (по химической природе матрицы, по форме и характеру наполнителей из наночастиц).

^ Физические свойства нанообъектов

Полупроводниковые наноматериалы. Особенности зонной структуры металлов и полупроводников в нанокристаллическом состоянии. Магнитные наноматериалы. Влияние размера частицы на магнитные свойства ферромагнетиков.

^ 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). Устройства сверхплотной записи информации. Наноэлектромеханические устройства. Применение наноструктур в химии и химической технологии. Конструкционные и инструментальные материалы на основе наноструктур. Устройства контроля окружающей среды. Наноэнергетика. Топливные элементы и устройства для хранения энергии. Применение нанотехнологий в биологии и медицине.