ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
«Согласовано»
«Утверждаю»
___________________
Руководитель ООП по направлению 151000
д.т.н. проф. В.В. Максаров
_______________________
Зав. кафедрой Общей и технической физики
доц. Н.С. Пщелко
Рабочая программа учебной дисциплины
НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
Направление подготовки:151000 Технологические машины и оборудование
Профили подготовки: Металлургические машины и оборудование
Оборудование нефтегазопереработки
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Составитель: Профессор каф. ОТФ А.Г.Сырков
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
Составитель проф. А.Г. Сырков
Кафедра общей и технической физики
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Благодаря целому ряду фундаментальных междисциплинарных открытий в области
наноразмерных структур, произошедших на рубеже XX – XXI в.в., и внедрению созданных
наноустройств с уникальными свойствами в промышленность, курс нанотехнологий и наноматериалов является сегодня неотъемлемым элементом инженерной культуры, составляет
одну из основ теоретической естественно-научной подготовки инженеров. Курс обеспечивает возможность использования нанотехнологий в конкретных областях техники. Цель преподавания дисциплины – формирование у студентов современного научного стиля мышления,
новой парадигмы в стратегии создания устройств и материалов: «снизу – вверх» (сборка целого из нанофрагментов) вместо традиционного подхода «сверху – вниз» (отсечение от целого, дробление и т.п.). Результатом изучения курса должно стать сформировавшееся представление о нанометрических технологиях и их объектах, о фундаментальном единстве в
нанотехнологиях всех областей естествознания – базиса современной техники – и о возможностях развития нанотехнологий, а также – знание основных идей и методов нанотехнологий
и умение использовать их в инженерной практике.
Задачи курса:
 изучение основных физических и химических явлений, фундаментальных понятий, законов и теорий, лежащих в основе нанотехнологий;
 овладение основами методов получения конкретных наноматериалов и наноустройств, в
том числе, – в решении задач будущей специальности;
 ознакомление с современной научной аппаратурой, экспериментальными основами высоких технологий, формирование навыков проведения анализа при выборе оптимального
метода нанотехнологий при решении теоретических и практических задач.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студент, освоивший дисциплину, должен:
 знать и уметь использовать:
 основные понятия, законы и модели современного наноматериаловедения;
 методы нанотехнологий, модифицирования поверхности твердых материалов;
 иметь навыки:
 решения методами нанотехнологий конкретных задач из различных инженерных областей;
 проведения анализа и выбора оптимальных методов нанотехнологий для решения проблем современного нефтегазового комплекса в будущей деятельности.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие
виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа, в том числе
Вид итогового контроля
34
34
34
–
Семестры
II
III
IV
34
34
34
–
–
–
–
–
Зач.
I
V
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Раздел дисциплины
Основы нанотехнологии
Физические методы нанотехнологий
Химико-физические методы нанотехнологий
Наноструктурированные материалы
Нанотрибология
Приложения в горном деле и металлургии
Лекции,
час.
6
6
7
10
3
2
ПЗ,
час.
ЛР,
час
4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
Раздел 1. Основы нанотехнологии.
Понятия о нанотехнологиях и наноматериалах. Нобелевские премии в области нанотехнологий. Постановление Правительства РФ № 498 от 02.08.2007.
Раздел 2. Физические методы нанотехнологий.
Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Сканирующий и атомносиловой микроскопы. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.
Раздел 3. Химико-физические методы нанотехнологий.
Метод молекулярного наслаивания (химической сборки). Твердотельный гидридный
синтез металлических материалов. Основные тенденции развития нанотехнологий.
Раздел 4. Наноструктурированные материалы.
Основы терминологии. Нанесенные металлические катализаторы, наполнители, сорбенты. Наноструктурированные защитные покрытия на металлах. Пятое состояние вещества
(БЭК).
Раздел 5. Нанотрибология.
Исследование и внедрение наноструктурированных смазок. Антифрикционные свойства наноструктурированных порошков. Смазывающие наноингибиторы коррозии.
Раздел 6. Приложения в горном деле и металлургии.
Возможности и перспективы нанотехнологий в горном деле, металлургии, горной
электромеханике: переработка оленегорского суперконцентрата, ультрадисперсные порошки
металлов, нанокапсулирование пылящих поверхностей, наноприсадки к индустриальным
маслам.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Не предусмотрен программой для факультативной дисциплины.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Сырков А.Г. Нанотехнология и наноматериалы. Поверхностно-наноструктурированные
металлы. СПб: Изд. СПбГПУ, 2012.
2. Белоглазов И.Н., Сырков А.Г. Химико-физические основы и методы получения поверх
ностно-наноструктурированных металлов. СПб: СПбГУ, 2011
Дополнительная
1. Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф., Ибрагимов И.М. Основы нанотехнологии в технике. М.: 2009.
2. Абрамян А.А., Баланов В.И., Беклемышев В.И. Основы прикладной нанотехнологии. М.: Изд. Дом
«Магистр-Пресс», 2008.
3. Рудской А.И. Нанотехнологии в металлургии. СПб: Наука, 2007.
4. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007.
5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007.
6.2. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Стандартные математические программы «Derive», «Mapple».
2. Стандартные графические программы «Grapher», «Origin».
3. Стандартные оформительские программы «Microsoft Office».
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Оборудование Научно-образовательного центра СПГГИ (ТУ) (для ознакомления).
2. Установка для определения интегрального показателя трения акустическим методом на
горно-электромеханическом факультете.
3. Установки Стокса и определения коэффициента поверхностного натяжения в лаборатории кафедры общей и технической физики.
4. 8 учебных стендов по нанотехнологиям в аудиториях кафедры общей и технической физики.
НАНОТЕХНОЛОГИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
Составитель проф. А.Г. Сырков
Кафедра общей и технической физики
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Благодаря целому ряду фундаментальных междисциплинарных открытий в области
наноразмерных структур, произошедших на рубеже XX – XXI в.в., и внедрению созданных
наноустройств с уникальными свойствами в промышленность, курс нанотехнологий и наноматериалов является сегодня неотъемлемым элементом инженерной культуры, составляет
одну из основ теоретической естественно-научной подготовки инженеров. Курс обеспечивает возможность использования нанотехнологий в конкретных областях техники. Цель преподавания дисциплины – формирование у студентов современного научного стиля мышления,
новой парадигмы в стратегии создания устройств и материалов: «снизу – вверх» (сборка целого из нанофрагментов) вместо традиционного подхода «сверху – вниз» (отсечение от целого, дробление и т.п.). Результатом изучения курса должно стать сформировавшееся представление о нанометрических технологиях и их объектах, о фундаментальном единстве в
нанотехнологиях всех областей естествознания – базиса современной техники и о возможностях развития нанотехнологий, а также – знание основных идей и методов нанотехнологий и
умение использовать их в инженерной практике.
Задачи курса:
 изучение основных физических и химических явлений, фундаментальных понятий, законов и теорий, лежащих в основе нанотехнологий;
 овладение основами методов получения конкретных наноматериалов и наноустройств, в
том числе, – в решении задач будущей специальности;
 ознакомление с современной научной аппаратурой, экспериментальными основами высоких технологий, формирование навыков проведения анализа при выборе оптимального
метода нанотехнологий при решении теоретических и практических задач.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студент, освоивший дисциплину, должен:
знать и уметь использовать:
 основные понятия, законы и модели современного наноматериаловедения;
 методы нанотехнологий, модифицирования поверхности твердых материалов;
 иметь навыки:
 решения методами нанотехнологий конкретных задач из различных инженерных областей;
 проведения анализа и выбора оптимальных методов нанотехнологий для решения проблем металлургии и создания современных автоматизированных производственных
комплексов.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Семестры
III IV V
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие
виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа, в том числе
Вид итогового контроля
34
34
34
–
VI
34
34
34
–
–
–
–
–
Зач.
I
II
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№
п/п
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Раздел дисциплины
Основы нанотехнологии
Физические методы нанотехнологий
Химико-физические методы нанотехнологий
Наноструктурированные материалы
Нанотрибология
Приложения в горном деле и металлургии
Лекции,
час.
6
6
7
10
3
2
ПЗ,
час.
ЛР,
час
4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
Раздел 1. Основы нанотехнологии.
Понятия о нанотехнологиях и наноматериалах. Нобелевские премии в области нанотехнологий. Постановление Правительства РФ № 498 от 02.08.2007.
Раздел 2. Физические методы нанотехнологий.
Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Сканирующий и атомносиловой микроскопы. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.
Раздел 3. Химико-физические методы нанотехнологий.
Метод молекулярного наслаивания (химической сборки). Твердотельный гидридный
синтез металлических материалов. Основные тенденции развития нанотехнологий.
Раздел 4. Наноструктурированные материалы.
Основы терминологии. Нанесенные металлические катализаторы, наполнители, сорбенты. Наноструктурированные защитные покрытия на металлах. Пятое состояние вещества
(БЭК).
Раздел 5. Нанотрибология.
Исследование и внедрение наноструктурированных смазок. Антифрикционные свойства наноструктурированных порошков. Смазывающие наноингибиторы коррозии.
Раздел 6. Приложения в горном деле и металлургии.
Возможности и перспективы нанотехнологий в горном деле, металлургии, горной
электромеханике: переработка оленегорского суперконцентрата, ультрадисперсные порошки
металлов, нанокапсулирование пылящих поверхностей, наноприсадки к индустриальным
маслам.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Не предусмотрен программой для факультативной дисциплины.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Сырков А.Г. Нанотехнология и наноматериалы. Поверхностно-наноструктурированные
металлы. СПб: Изд. СПбГПУ, 2012.
2. Белоглазов И.Н., Сырков А.Г. Химико-физические основы и методы получения поверхностно-наноструктурированных металлов. СПб: СПбГУ, 2011.
Дополнительная
1. Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф., Ибрагимов И.М. Основы нанотехнологии в технике. М.: 2009.
2. Абрамян А.А., Баланов В.И., Беклемышев В.И. Основы прикладной нанотехнологии. М.: Изд. Дом
«Магистр-Пресс», 2008.
3. Рудской А.И. Нанотехнологии в металлургии. СПб: Наука, 2007.
4. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007.
5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007.
6.2 СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Стандартные математические программы «Derive», «Mapple».
2. Стандартные графические программы «Grapher», «Origin».
3. Стандартные оформительские программы «Microsoft Office».
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Оборудование Научно-образовательного центра СПГГИ (ТУ) (для ознакомления).
2. Установка для определения интегрального показателя трения акустическим методом на
горно-электромеханическом факультете и установка на основе машины трения для измерения антифрикционных характеристик наноструктурированных материалов.
3. Установки Стокса и определения коэффициента поверхностного натяжения в лаборатории кафедры общей и технической физики.
4. 8 учебных стендов по нанотехнологиям в аудиториях кафедры общей и технической физики.