Реферат: Программа дисциплины «Перспективные неорганические материалы» од. А. 05. 2; цикл од. А. 00 «Дисциплины по выбору аспиранта»

Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный университет»

Химический факультет





УТВЕРЖДАЮ



Проректор по научной работе




________________ А.Ф.Крутов




«____»_______________ 2011 г.



^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Перспективные неорганические материалы»


(ОД.А.05.2; цикл ОД.А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта»

основной образовательной программы подготовки аспиранта

по отрасли 02.00.00. – Химические науки,

специальность 02.00.04 – Физическая химия)


Самара 2011


Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 02.00.04- Физическая химия, в соответствии с Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 02.00.04- Физическая химия по химическим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 274 от 08.10.2007 г., и учебным планом СамГУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.

Составитель рабочей программы: Сережкин В.Н., проф., д.х.н.


Рабочая программа утверждена на заседании ученого совета химического факультета

протокол № 1 от 08.09.2011 г.


Декан химического факультета


«___»____________2011г. _________________ С.В.Курбатова

(подпись)


1. Цели и задач дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к уровню освоения содержания дисциплины


^ 1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины – изучение теоретических основ химии перспективных неорганических веществ и материалов, способов их получения и применения.

Задачи дисциплины:

раскрыть роль кристаллохимии в описании физических и химических свойств различных твердых материалов;

рассмотреть принципы протекания твердофазных реакций и способов получения различных твердых материалов и покрытий;

дать основные представления о физических свойствах различных твердых материалов, особенностях их химической природы, структуры и применении.

^ 1.2. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины

Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

Иметь представление:

о классификации неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и области применения;

о принципах получения современных неорганических материалов и твердых покрытий;

о способах управления физическими свойствами твердых неорганических материалов с помощью физико-химических и структурных факторов.

Знать:

базовую терминологию, относящуюся к кристаллохимии и химии твердого тела;

понимать логику взаимосвязи "структура твердого тела - свойство";

понимать роль кристаллохимического строения твердого тела в проявлении различных физических свойств.

Уметь:

продемонстрировать связь химического состава и структуры твердых материалов с их физическими свойствами;

моделировать структуры данных кристаллов с помощью баз кристаллоструктурных данных;

выбрать оптимальные препаративные методы для получения твердых материалов заданного состава и структуры.

^ 1.3.Связь с предшествующими дисциплинами

Курс предполагает наличие у аспирантов знание неорганической химии, физической химии, коллоидной химии, физики (раздел «Физика твердого тела»), а также должен иметь представление о строении вещества, кристаллохимии физических и химических свойств твердых тел, влияние дисперсности на свойства материалов.


^ 1.4.Связь с последующими дисциплинами

Понятия, законы и методы, введенные в курсе "Перспективные неорганические материалы" необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 02.00.01 – неорганическая химия и последующей профессиональной деятельности.


^ 2. Содержание дисциплины

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)

Форма обучения (вид отчетности)

2 год аспирантуры; вид отчетности – зачет.


^ Вид учебной работы

Объем часов / зачетных единиц

Трудоемкость изучения дисциплины

108 / 3

^ Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

4

в том числе:




лекции

2

семинары

0

практические занятия

2

^ Самостоятельная работа аспиранта (всего)

104

в том числе:




Подготовка к практическим занятиям

0

Подготовка реферата

0

Подготовка эссе

0

Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку

104


^ 2.2. Разделы дисциплин и виды занятий


№

п/п

Название раздела дисциплины

Объем часов / зачетных единиц

лекции

семинары

практические занятия

самостоят.

работа

1

^ Раздел 1. Введение.

2

0

0

10

2

Раздел 2. Препаративные методы химии твердого тела.

0

0

0

12

3

Раздел 3. Ионная проводимость в твердых телах.

0

0

0

12

4

Раздел 4. Высокотемпературные сверхпроводники.

0

0

0

10

5

Раздел 5. Сегнето-, пиро- и пьезоэлектрики.

0

0

0

12

6

Раздел 6. Магнитные свойства твердых тел.

0

0

0

12

7

Раздел 7. Люминесценция и лазеры.

0

0

0

12

8

Раздел 8. Стеклообразные материалы, керамика и композиты.

0

0

0

12

9

^ Раздел 9. Кристаллохимический дизайн.

0

0

2

12




Итого:

2




2

104


^ 2.3. Лекционный курс.

Раздел 1. Введение. Классификация неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Иерархия структуры материалов: молекулярная, кристаллическая и доменная структура, текстура, природа и структура важнейших дефектов. Экономические, технологические и экологические аспекты производства, эксплуатации и регенерации материалов.


^ 2.4. Практические (семинарские) занятия.

№

п/п

Номер раздела

Количество часов

Тема практического занятия

1.

9

2

Кристаллохимический дизайн


^ 3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний

3.1. Контрольные работы - не предусмотрены

3.2. Комплекты тестовых заданий - не предусмотрены

3.3. Самостоятельная работа


Темы, вынесенные на самостоятельное изучение аспирантов:

Раздел 1. Введение. Классификация неорганических материалов по составу, структуре, свойствам и областям применения. Иерархия структуры материалов: молекулярная, кристаллическая и доменная структура, текстура, природа и структура важнейших дефектов. Экономические, технологические и экологические аспекты производства, эксплуатации и регенерации материалов.

^ Раздел 2. Препаративные методы химии твердого тела. Твердофазные реакции и факторы, влияющие на их протекание. Топотаксические и эпитаксиальные реакции. Экспериментальное обеспечение твердофазных реакций. Способы приготовления реакционных смесей. Препаративные методы. Транспортные реакции. Реакции внедрения и ионного обмена. Электрохимическое восстановление и нанесение покрытий. Анодное и термическое оксидирование. Катодное распыление. Испарение в вакууме. Выращивание монокристаллов. Гидротермальные методы. "Сухие" методы высокого давления. Основные представления о механизмах роста пленок и покрытий. Эпитаксия, ее применение в технологии полупроводниковых гетероструктур. Поликристаллические покрытия. Химическое осаждение пленок и покрытий из пара. Принципы CVD технологии. Использование золь-гель процесса при получении пленок. Технология Ленгмюра–Блоджетт. Важнейшие физические методы получения пленок и покрытий. Наноматериалы, особенность их свойств по сравнению с объемным состоянием вещества, реальные и потенциальные области использования. Современные физико-химические процессы получения наноматериалов и ультрадисперсных материалов.

^ Раздел 3. Ионная проводимость в твердых телах. Ионная проводимость и твердые электролиты. Типичные твердые электролиты и механизм проводимости. Галогенид- и кислородсодержащие ионные проводники. -Al2O3, AgI и их производные. Кристаллохимические критерии возникновения суперионного состояния твердых тел. Важнейшие области применения твердых электролитов.

^ Раздел 4. Высокотемпературные сверхпроводники. Сверхпроводники, области их применения. Особенности кристаллохимии высокотемпературных сверхпроводников. Критические параметры ВТСП, основные требования к ним. Методы изменения характеристик ВТСП-материалов.

^ Раздел 5. Сегнето-, пиро- и пьезоэлектрики. Важнейшие классы диэлектриков, их основные характеристики. Сегнетоэлектрики, сегнетиэлектрики, особенности их структуры. Использование сегнетоэлектрических материалов для хранения информации. Пироэлектрики и пьезоэлектрики.

^ Раздел 6. Магнитные свойства твердых тел. Классификация магнитных свойств твердых тел. Диамагнетики и парамагнетики. Ферро-, ферри- и антиферромагнетики. Основные классы магнитных материалов, области их применения. Особенности структуры оксидов переходных металлов, шпинелей, гранатов, ильменитов и перовскитов.

^ Раздел 7. Люминесценция и лазеры. Виды люминесценции. Основные составляющие структуры люминофора. Типичные люминофоры, особенности их структуры. Ионы-активаторы. Твердотельные лазеры и материалы для лазеров.

^ Раздел 8. Стеклообразные материалы, керамика и композиты. Кинетика и термодинамика процессов кристаллизации и стеклования. Реальная структура оксидных, фторидных, силикатных, боратных, фосфатных и халькогенидных стекол. Концентрационное расслоение стекол. Физико-химические принципы упрочнения стекол. Химические основы технологии высокочистых стекол для оптоволокна. Стеклокерамика, свойства и области применения. Структура керамики. Керамические композиты. Ситаллы. Металлические стекла. Свойства материалов на основе металлических стекол. Фото- и термохромные стекла. Использование стекол в технологии захоронения ядерных отходов.

^ Раздел 9. Кристаллохимический дизайн. Основные факторы, определяющие структуру кристаллов неорганических соединений. Нестехиометрические оксиды. Структуры кристаллографического сдвига. Влияние нестехиометрии на состав, оптические, электрические и магнитные свойства веществ. Условия образования, полиморфизм и политипия соединений, относящихся к структурным типам перовскита, ильменита, шпинели. Изо- и гетеровалентные замещения. Влияние термодинамических условий на структуру кристаллов. Дислокации, механические свойства и реакционная способность твердых тел.

Базы кристаллоструктурных данных. Основные геометрические модели структуры кристаллов. Современные методы кристаллохимического анализа. Атомные и молекулярные полиэдры Вороного-Дирихле. Использование параметров полиэдров Вороного-Дирихле для выявления фазовых переходов второго рода, потенциальных твердых электролитов, прекурсоров для CVD технологии и корреляций состав – структура – свойства неорганических веществ.


^ 3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и др.)

Мультимедийный учебник «Основы радиохимии и кристаллохимии соединений актинидов». Самара.:СамГУ, 2011.

Комплект сборника задач и упражнений в разработке.

^ 3.3.2. Итоговый контроль Проводится в виде собеседования по всем изучавшимся разделам курса.

4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

Мультимедийный учебник «Основы радиохимии и кристаллохимии соединений актинидов». Самара.:СамГУ, 2011.

Компьютерые классы, оснащены ПЭВМ;

База кристаллоструктурных данных Сamridge Structural database system. Crystallographic Data Centre 2007.

Комплекс структурно – топологических программ TOPOS


^ 5. Активные методы обучения

www.springerlink.com - электронные ресурсы издательства Springer

www.sciencedirect.com - электронные ресурсы издательства Elsevier


^ 6. Материальное обеспечение дисциплины

Электронный микроскоп ЭВМ-100 Б, металлографический микроскоп МОМ – 814

Микротвердометры БПМТ-3 и Hauzer.

Энергодисперсионный анализатор БРА-18


7. Литература

7.1. Основная (одновременно изучают дисциплину не более 5 человек).

Кнотько А.В., Пресняков И.А., Третьяков Ю.Д. Химия твердого тела. М.: Издательский цент "Академия", 2006.

Третьяков Ю.Д., Путляев В.И. Введение в химию твердофазных материалов. М.: Изд-во Моск. ун-та : Наука, 2006.

Корольков Д.В., Скоробогатов Г.А. Теоретическая химия. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004.


7.2. Дополнительная

Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела, М.: Металлургия, 1995. Т. 1, 2.

Вест А. Химия твердого тела. В 2-х т. М.:Мир, 1988.

International Tables for Crystallography. Volume A. Kluwer Academic Publishers. 2002.

Сыркин В.Г. CVD-метод. М.: Наука, 2000.

Гусев А.И. Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле. М.: Физматлит, 2007.

Артамонов В.А., Словохотов Ю.Л. Группы и их приложения в физике, химии, кристаллографии. М.: Издательский цент "Академия", 2005.

Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 1. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2000.

А.Уэллс. Структурная неорганическая химия, М.: Мир, 1987. Т.1-3.


^ 7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине

Сережкин В.Н., Д.В. Пушкин, Л.Б. Сережкина. Точечные группы симметрии. Самара.:СамГУ, 2007. 50 с.

Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. Методы компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Часть I. Система управления кристаллоструктурными базами данных. Самара:Изд-во СамГУ, 2001.

Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. Методы компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. Часть II. Прикладные программы. Самара:Изд-во СамГУ, 2001.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за___________/___________учебный год


В рабочую программу курса ОД.А.05 «Перспективные неорганические материалы», цикл ОД.А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Химические науки, 02.00.04- Физическая химия, вносятся следующие дополнения и изменения: