Функціональні матеріали молекулярної енергетики
Спеціальність: Прикладна фізика
Код дисципліни: 7.105.01.E.018
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: доцент Заіченко Олександр Сергійович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Завдання вивчення дисципліни:
- створення основ теоретичної підготовки з курсу “ Функціональні матеріали молеку-лярної енергетики ”, що забезпечує можливість використання студентами нових знань в тих галузях техніки, в яких вони спеціалізуються;
- формування в студентів наукового мислення, зокрема, правильного розуміння меж застосування різних фізичних понять, законів, теорій і вміння оцінювати ступінь до-стовірності результатів, одержаних з допомогою експериментальних або математич-них методів дослідження;
- формування у студентів навиків розв’язування конкретних з пошуку нових функціо-нальних матеріалів для рішення сучасних задач енергетики;
- формування у студентів розуміння про взаємозв’язок експериментальних та теорети-чних досліджень в області фізики твердого тіла, створення нових функціональних матеріалів, фізики поверхні;
- використання знань та методологій курсу для подальшого розв’язання інженерних задач.
Результати навчання: • знати синтез сучасних функціональних матеріалів
• мати уявлення про взаємозв’язок структури матеріалів і їх властивостей
• мати уявлення про основні закономірності зміни фізико-хімічних та електрофізичних властивостей речовин при наявності домішок, про взаємозв'язок атомної будови і електронних властивостей матеріалів, методи отримання та особливості будови кристалічних, плівкових і наноматеріалів, про особливості вплив розмірності і впорядкованості структур на їх властивості;
• знати основні класи сучасних неорганічних, полімерних та полімер-неорганічних функціональних матеріалів;
• вміти правильно оцінювати перспективність неорганічних сполук та композитних матеріалів для виявлення функціональних властивостей
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: • Фізика твердого тіла (Основи зонної теорії твердого тіла)
• Основні поняття та елементи кристалічного стану речовини
• Cтатистичну фізику і термодинаміку
• Нерівноважну термодинаміку
Короткий зміст навчальної програми: Нові інтелектуальні матеріали. Матеріали, які активуються термічно. Електрично активовані матеріали. Матеріали, що активуються магнітним полем. Матеріали, що активуються хімічно. Загальні відомості про матеріали електроніки та їх класифікація. Класифікація матеріалів електроніки. Провідникові матеріали. Електричні властивості металевих сплавів. Неметалічні провідникові матеріали. Власні та домішкові напівпровідники. Класифікація напівпровідникових матеріалів.. Класифікація діелектриків за механізмами поляризації. Електроізоляційні полімери. Композіційні пластмаси і шаруваті пластики. Класифікація речовин за магнітними властивостями. Наноматеріали і нанотехнології – історія, сучасність і перспективи. Особливості властивостей наноматеріалів і основні напрями їх використання. Отримання нанопорошків. Вуглецеві наноматеріали. Мікро- і наноелектромеханічні системи. Використання інтелектуальних пристроїв.
Опис: Лекція 1. Нові інтелектуальні матеріали. Матеріали, які активуються термічно. Матеріали, що активуються хімічно. Назустріч новим інтелектуальним матеріалами
Лекція 2. Загальні відомості про матеріали електронікита їх класифікація. Види хімічного зв'язку. Будова твердих тіл. Елементи зонної теорії твердого тіла. Класифікація матеріалів електроніки.
Лекція 3. Провідникові матеріали. Електрична провідність металів. Електричні властивості металевих сплавів. Опір провідників на високих частотах. Опір тонких металевих плівок. Контактні явища і терморушійна сила. Надпровідність
Лекція 4. Провідникові матеріали. Класифікація провідникових матеріалів. Матеріали високої провідності. Сплави високого опору та сплави для термопар. Метали і сплави різного призначенняю. Неметалічні провідникові матеріали. Полімерні провідники
Лекція 5. Напівпровідникові матеріали. Власні та домішкові напівпровідники. Провідність напівпровідників. Термоелектричні явища та ефект Хола у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників в сильному електричному полі
Лекція 6. Напівпровідникові матеріали. Класифікація напівпровідникових матеріалів. Елементарні напівпровідники. Напівпровідникові сполуки АIVBIV. Напівпровідникові сполуки АIIBVI Напівпровідникові сполуки АІІІBV. Напівпровідникові сполуки АIVBVI Напівпровідникові матеріали для сонячних батарей
Лекція 7. Діелектричні матеріали. Поляризація діелектриків. Класифікація діелектриків за механізмами поляризації. Поляризаційні струми і електропровідність діелектриків. Пробій діелектриків
Лекція 8. Діелектричні матеріали. Класифікація діелектричних матеріалів. Електроізоляційні полімери. Композіційні пластмаси і шаруваті пластики. Електроізоляційні компаунди. Неорганічні стека. Ситали. Кераміка. Кераміка. Активні діелектрики (сегнетоелектрики, п'єзоелектрики, піроелектрики, електрет, рідкі кристали)
Лекція 9. Магнітні матеріали. Класифікація речовин за магнітними властивостями. Процеси при намагнічуванні феро- і феромагнетиків. Поводження феромагнетиків у змінних магнітних полях . Доменні структури в тонких магнітних плівках
Лекція 10. Магнітні матеріали. Класифікація магнітних матеріалів. Магнітом'які матеріали для постійних і низькочастотних магнітних полів. Магнітом'які високочастотні матеріали. Магнітні матеріали спеціалізованого призначення. Магнітотверді матеріали.
Лекція 11. Наноматеріали і нанотехнології – історія, сучасність і перспективи. Поняття про наноматеріали. Типи структур наноматеріалів. Основи класифікації наноматеріалів. Особливості властивостей наноматеріалів і основні напрями їх використання. Особливості ультрадисперсного стану
Лекція 12. Отримання нанопорошків. Класифікація. Фізичні методи отримання нанопорошків. Хімічні методи отримання наноматеріалів. Методи отримання тонких плівок/покриттів. Кристалізація аморфних сплавів
Лекція 13. Використання наноматеріалів для створення приладів. Основні області застосування наноматеріалів і можливі обмеження. Приладові елементи на основі наноматеріалів.
Лекція 14 Вуглецеві наноматеріали (наноматеріали із карбону). Алотропні модифікації карбону. Алмаз. Карбін. Графен. Властивості фулеренів, їх застосування та методи отримання. Методи отримання фулеренів. Застосування фулеренів. Нанотрубки. Механізм росту, розділення та очищення нанотрубок.
Лекція 15 Мікро- і наноелектромеханічні системи. . Матеріали і методи для виготовлення пристроїв за технологіями мікроелектромеханічних систем (МЕМС) та наноелектромеханічніих систем (НЕМС).
Лекція 16. Поняття інтелектуальних технологій. Інтелектуальні структури. Використання інтелектуальних пристроїв. Міждисциплінарні науки. Вимоги до систем датчиків в інтелектуальних структурах. П'єзокераміки та п'єзоелектричні полімери. Застосування сплавів з пам'яттю форми в інтелектуальних конструкціях.
Методи та критерії оцінювання: • письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування, контрольні роботи (40%)
• підсумковий контроль (60 %, контрольний захід, іспит): письмово-усна форма (60%)
Критерії оцінювання результатів навчання: -
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: 1. Є.Я. Швець, І.Ф. Червоний, Ю.В. Головко. Матеріали і компоненти електроніки - Запоріжжя. ЗДІА. 2011. – 278с
2. Р.А.Андриевский, А.В.Рагуля. Наноструктурные материалы: - М: Издательский центр «Академия», 2005. — 192с.
3. К. Уорден Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение - Москва: Техносфера, 2006. 224с
4. Singh J. Smart Electronic Materials: Fundamentals and Applications - Cambridge University Press, 2005, 410 pages
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).