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 - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
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).