Спеціальні розділи хімії
Спеціальність: Прикладна фізика та наноматеріали
Код дисципліни: 8.105.00.M.030
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: д.х.н. Заіченко О.С.
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни аспірант повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання :
1. Володіти основами методів дослідження, аналізу, діагностики властивостей речовин (матеріалів), фізичних і хімічних процесів в них і в технологіях отримання, обробки та модифікації матеріалів, деякими навичками їх викори-стання в дослідженнях і розрахунках.
2. Вміти застосовувати основні типи сучасних неорганічних і органічних матері-алів для вирішення виробничих завдань, володіти навичками вибору матеріа-лу для заданих умов експлуатації з урахуванням вимог технологічності, еко-номічності, надійності і довговічності, екологічних наслідків їх застосування.
3. Знати структуру і властивості речовин в наностані, способи отримання і ме-тоди дослідження наноструктур і наноматеріалів, потенційні можливості та ризики використання наноструктурованих об'єктів.
4. вміти самостійно класифікувати наноструктури і наноматеріали, визначати сфери застосування наноматеріалів, орієнтуватися в сучасній літературі з фі-зичної хімії нанокластерів, наноструктур і наноматеріалів.
5. Володіти навичками використання технічних засобів для вимірювання і конт-ролю основних параметрів функціональних матеріалів (зокрема, наноматеріа-лів.
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у аспірантів не-обхідних компетентностей:
Загальні компетентності:
1) глибинні знання сучасних представлень в галузі технології, хімії та практич-ного застосування функціональних матеріалів та наноматеріалів;
2) критичний аналіз, оцінка і синтез нових ідей в галузі функціональних матері-алів та наноматеріалів;
3) уміння ефективно спілкуватися з широкою науковою спільнотою з актуаль-них питань застосування сучасних матеріалів зі спеціальними властивостями в техніці;
4) уміння практичного застосування принципів і концепцій створення та вико-ристання функціональних матеріалів та наноматеріалів для рішення задач, що висуваються сучасними технологіями;
5) ініціювання оригінальних дослідницько-інноваційних комплексних проектів галузі створення технологій з використанням сучасних функціональних та наноматеріалів.
Фахові компетентності:
1) поглиблені знання основних типів неорганічних та органічних матеріалів рі-зного призначення і наноматеріалів;
2) систематичні знання і розуміння сучасних наукових теорій і методів, та вміння їх ефективно застосовувати для отримання функціональних матеріа-лів (зокрема, наноматеріалів) з метою вирішення задач, що висуваються сучасними технологіями;
3) володіння навичками самостійного вибору матеріалів для заданих умов екс-плуатації з урахуванням вимог надійності, довговічності і економічності;
4) здатність інтегрувати знання з інших дисциплін, застосовувати системний підхід та враховувати нетехнічні аспекти при розв’язанні інженерних задач та проведенні досліджень супрамолекулярних об’єктів;
5) володіння навичками самостійного використання сучасних наукових прила-дів для вимірювання і контролю параметрів технологічних процесів, струк-тури і властивостей матеріалів і виробів з них;
6) навички самостійної розробки методів дослідження органічних та неорганіч-них, а також композиційних матеріалів, моніторингу навколишнього середо-вища;
7) здатність розробляти та реалізовувати проекти, включаючи власні дослі-дження, які дають можливість переосмислювати наявні чи створювати нові знання в галузі використання сучасних матеріалів.
Результати навчання: 1. Здатність продемонструвати поглиблені знання у вибраній області наукових досліджень.
2. Здійснювати пошук, аналізувати і критично оцінювати інформацію з різних джерел.
3. Застосовувати знання і розуміння для розв’язування задач синтезу та аналізу елементів та систем, характерних обраній області наукових досліджень.
4. Досліджувати і моделювати явища та процеси різної складності при вирішенні задач наноматеріалознавства.
5. Застосовувати системний підхід, інтегруючи знання з інших дисциплін та враховуючи нетехнічні аспекти, під час розв’язання теоретичних та прикладних задач обраної області наукових досліджень.
6. Поєднувати теорію і практику, а також приймати рішення та виробляти стратегію розв’язання науково-прикладних задач з урахуванням загальнолюдських цінностей, суспільних, державних та виробничих інтересів.
7. Ефективно працювати як індивідуально, так і у складі команди.
8. З використанням набутих дослідницьких навичок здатність самостійного успішного проведення експериментальних досліджень.
9. Оцінювати доцільність та можливість застосування нових методів і технологій в задачах синтезу наноматеріалів та розв’язанні задач прикладної фізики.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
Новітні методи фізичних досліджень
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
Фізика супрамолекулярних структур та пристроїв
Фізика конденсованого стану і квантово-розмірних систем
Короткий зміст навчальної програми: Даний курс реалізує нову парадигму міждисциплінарної освіти і лежить на стику фізики, хімії і електроники. Велика увага в програмі приділено прикладним дослідженням, які реалізують досягнення фундаментальної науки в нових «розумних» матеріалах.
У курсі «Спеціальні розділи хімії» розглядаються сучасні методи створення та дослідження функціональних матеріалів, наноматеріалів, наносистем і наноустройств на їх основі.
Обговорюються всі сучасні експериментальні методи отримання та вивчення фізико-хімічних властивостей різних систем. Також велика увага приділяється сучасним теоретичним підходам до застосування конкретних прикладних систем. Особлива увага приділяється питанням використання матеріалів для вирішення задач фізики, електроніки, радіотехніки і т.д.
Опис: Конструкційні та функціональні матеріали. Роль матеріалів в технічному прогресі. Конструкційні та функціональні матеріали. Поняття фізичного властивості. Основні фізичні властивості матеріалів. Фізичне явище, що лежить в основі функції.
Класифікація функціональних матеріалів за властивостями і областям застосування. Монокристали. Керамічні матеріали. композиційні функціональні матеріали. Модифікація поверхонь матеріалів. Функціональні наноматеріали.
Основні поняття і терміни нанонауки і нанохімії. Історія і передумови виникнення, етапи розвитку. Основні поняття і терміни нанонауки і нанохімії. Класифікація нанооб'єктів: нанокластери, наночастинки, наноструктури. Способи отримання нанооб'єктів.
Методи дослідження нанооб'єктів. Дифракційні методи: дифракція електронів, рентгенографія. Польові методи: польова електронна і польова іонна мікроскопія. Сканирующа зондова мікроскопія: скануюча тунельна, атомно-силова і магнітно-силова мікроскопія. Просвічує електронна мікроскопія. Електронна спектроскопія: рентгенівська фотоелектронна, УФ електронна та електронна Оже-спектроскопія. Оптична і коливальна спектроскопія. ессбауеровская спектроскопія. Радіоспектроскопія: ядерний магнітний резонанс, електронний парамагнітний резонанс, мікрохвильова спектроскопія
Поверхневі явища. Поверхня твердих тіл. Поверхневі явища. Атомні і молекулярні орбіталі. Поверхня монокристалів, нанокластеров і пористих сорбентів. Домішкові атоми. Поверхня металів і оксидів металів, електронні та магнітні властивості.
Термодинаміка поверхні. Хімічний потенціал. Вільна енергія Гіббса і вільна енергія Гельмгольца. Термодинаміка поверхні і поверхонь розділу. Термодинаміка криволінійної поверхні. Структура поверхні і міжфазних границь. Нуклеація і зростання нанокластеров в нанопорах.
Кластерні моделі і розмірні ефекти. Мікроскопічна модель. Термодинамічна модель. Квантово-статистична модель. Комп'ютерні моделі. Фрактальні моделі. Оболонкові моделі. Структурна модель.
Вуглецеві наноструктури. Фулерени. Графен. Вуглецеві кластери. Фулерени: відкриття, синтез (створення), будова, властивості. Ендоедральні і екзоедральні фулерени. Графен: структура та властивості.
Колоїдні кластери і наноструктури. Формування колоїдних наноструктур: золі, міцели, мікроемульсії. організація і самоорганізація колоїдних структур. Оптичні та електронні властивості колоїдних кластерів.
Фулерити і вуглецеві нанотрубки. Фулерити- організовані структури на основі фулеренів. Структура в твердому тілі і рідкій фазі. Вуглецеві нанотрубки: структура, отримання. Одно- і багатошарові трубки. Електронні властивості (електропровідність, польова електронна емісія) і застосування.
Матричні і супрамолекулярні нанокластери і наноструктури. Матричні і супрамолекулярні нанокластери і наноструктури. органічні речовини як матриця для нанокластеров металів і оксидів металів. Макромолекулярні та супрамолекулярні наноструктури.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль (40%): усне опитування, презентації на семінарах, контрольні роботи, індивідуальні письмові роботи. - Випускний тест (60%): іспит.
Критерії оцінювання результатів навчання: Порядок та критерії виставляння балів та оцінок:
Теоретичні питання мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по-можливості має бути повною та аргументованою.
• Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив питання;
• 70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки;
• 50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки;
• 30-50 % від мкб– зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування;
• 10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними;
• 0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні.
Задачі мають на меті перевірку навичок студентів у практичному розв’язуванні фізичних задач. Задачі потрібно розв’язати з максимально можливим поясненням і, якщо в цьому є потреба, з рисунком.
• максимальну кількість балів (мкб) отримує студент, що повністю розв’язав задачу;
• 70-90 % від мкб виставляється за розв’язану задачу, в якій є незначні неточності;
• 50-70 % від мкб – при розв’язанні допущено помилку(и), що вплинуло на результат, але підхід до розв’язання був правильним;
• 30-50 % від мкб – зроблена спроба розв’язати задачу, але зроблено грубі помилки і результат невірний;
• 10-30 % від мкб – зроблена невдала спроба розв’язати задачу і записано одна або кілька правильних формул, що мають відношення до даної задачі;
• 0 балів – жодна з записаних формул не має відношення до даної задачі, або студент навіть не зробив спроби розв’язати запропоновану задачу.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: -
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).