Примерная тематика рефератов и презентаций

СОВРЕМЕННЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ХИМИИ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ПОДГОТОВКА МАГИСТРА по направлению

Магистерская программа «Химия»

Санкт-Петербург

2012 г.

ББК	Печатается по рекомендации ученого совета факультета химии РГПУ им. А.И. Герцена

Авторы: д.х.н., доц. Т.Б. Бойцова, к.т.н., доц. В.В. Горбунова, д.х.н., доц. А.М. Тимонов.

Рецензенты: д.х.н. проф. Н.В. Сиротинкин (Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)); д.п.н. проф. О.Г. Роговая (РГПУ им. А.И. Герцена)

Современные нанотехнологии в химии: Учебно-методический комплекс. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. – с.

ISBN

Издание адресовано преподавателям и магистрантам, обучающимся по направлению 020100 «Химия», и направлено на качественное обновление структурного содержания высшего образования.

СОДЕРЖАНИЕ

Пояснительная записка

Трудоемкость, цели и ожидаемые результаты

Содержание дисциплины

Интерактивные формы занятий

Содержание самостоятельной работы студентов по темам дисциплины

Лабораторные работы

Список литературы, необходимой для выполнения лабораторных работ

Индивидуальные задания для самостоятельной работы

Примерная тематика рефератов и презентаций

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Краткое содержание итоговой аттестации по дисциплине

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебная дисциплина «Современные нанотехнологии в химии» является дисциплиной профессиональной подготовки магистра по направлению «Химия». Учебно-методический комплекс ориентирован на подготовку магистра химии в области решения задач специальной деятельности, а именно обеспечивает формирование у студентов таких компетенций, которые направлены на изучение актуальных направлений исследования в современной теоретической и экспериментальной химии (нанохимия и нанотехнологии). Он помогает студентам овладеть теорией и навыками практической работы в избранной области химии. Указанные компетенции позволят студентам изучить основные виды нанообъектов изаконы поведения вещества в нанометровом размерном диапазоне, механизм возникновения размерных физических и химических эффектов, а также ознакомиться с основными научно-техническими проблемами нанотехнологии и перспективами развития данной фундаментальной области знаний. Следует отметить, что освоение содержания дисциплины «Современные нанотехнологии в химии» в рамках разработанного учебно-методического комплекса может быть полезным как в области химической профессиональной деятельности, так и профессионального педагогического образования (элективные курсы в средней школе).

Важным моментом при подготовке магистра химии является учебно-методическое обеспечение, помогающее обучающимся получить всю информацию о содержании дисциплины, формах аудиторной, внеаудиторной работы, сроках и формах текущей и итоговой аттестации, списке рекомендованной основной и дополнительной литературы.

Содержание учебного материала выстроено по разделам в соответствии с необходимостью освоения фундаментальных основ дисциплины. Учебно-методический комплекс содержит 8 детально разработанных лабораторных работ, позволяющих студентам приобрести экспериментальные навыки по химическим методам синтеза наночастиц и изучить их специфические свойства.

Общая цель дисциплины, которая заключается в становлении профессиональной компетентности магистра, достигается путем развития интерактивных форм обучения, установление внутридисциплинарных и междисциплинарных связей и организацию самостоятельной работы студентов.

ДИСЦИПЛИНА

«СОВРЕМЕННЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ХИМИИ»

Место дисциплины в структуре ООП:профессиональный (специальный) цикл

Трудоемкость и аттестация по дисциплине:

Дисциплина / семестр	Трудоемкость	Аудиторная нагрузка, часы:	Форма итоговой аттестации / семестр
Всего кредитов / из них на экзамен	Всего часов на теоретическое обучение	из них:	Лекции	Практические занятия	Лабораторные занятия
Аудиторная нагрузка	Самостоятельная работа
СОВРЕМЕННЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ХИМИИ /3	5/1					-		Экзамен/3

Цель и ожидаемые результаты изучения дисциплины:формирование у студентов компетенций

- наличие представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (нанохимия и нанотехнологии) (ПК-1);

- владение теорией и навыками практической работы в избранной области химии (в соответствии с темой магистерской диссертации) (ПК-3).

Для достижения поставленной цели необходимо, чтобы студенты:

Знали:

· законы поведения вещества в нанометровом размерном диапазоне, механизм возникновения размерных физических и химических эффектов;

· основные виды нанообъектов и наноматериалов;

· основные научно-технические проблемы нанотехнологии и

перспективы развития данной фундаментальной области знаний.

Умели:

· прогнозировать физико-химические свойства нанообъектов и наноматериалов;

· поставить задачу на проведение исследований нанообъектов

Владели:

· навыками постановки задач при применении физико-химических методов исследования нанообъектов и навыками обработки результатов исследований.

Содержание дисциплины с указанием разделов (тем) и часов по видам занятий, а также часов самостоятельной работы:

Дисциплина:

№ п/п	Название темы с кратким содержанием	Виды занятий, часы	Самостоятельная работа, часы	Всего часов
Лекции	Практические занятия	Лабораторные занятия
1.	Введение в химию нано-состояния вещества. История развития химии нано-состояния вещества.		-	-
2.	Основные понятия нанохимии.Определение нанохимии. Основные за­дачи нанохимии. Объекты нанохи­мии, их классификация. Наномате­риалы. Нанотехнологии.		-	-
3.	Методы синтеза наноструктур и наноматериалов. История развития методов синтеза на­номатериалов; два основных техноло­гических подхода: «сверху–вниз», «снизу–вверх». Методы синтеза нано­порошков: физические методы (метод электровзрыва, механическое и ультра­звуковое диспергирование), химичес­кие методы (криохимический синтез, золь-гель методы). Принципы синтеза сложных наночастиц по типу «ядро в оболочке». Методы получения наноструктуриро­ванных материалов. Кристаллизация из аморфного состояния. Интенсивная деформация. Пленочные технологии (химическое осаждение из газовой фазы (CVD), физическое осаждение из газовой фазы (PVD), элекроосаж­дение, ионно-лучевая эпитаксия, золь-гель осаждение). Темплатный синтез наноматериалов и наноструктур. Подходы, основанные на принципе самосборки.		-
4.	Методы исследования наноразмер­ных систем. Микроскопические методы исследо­вания. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения. Зондовая сканирующая микроскопия (сканирующая туннельная, атомно-си­ловая, ближнепольная оптическая). Принцип работы зондо­вых микроско­пов. Дополнительные возможности зондовой микроскопии: атомные мани­пуляции. Спектроскопические методы исследо­вания. Спектроскопия комбинацион­ного рассеяния. Мессбауэровская спек­троскопия. Метод ядерного маг­нитного резонанса. Дифракционные методы исследова­ния. Малоугловое рассеяние нейтро­нов и рентгеновских лучей. Дифрак­ция мед­ленных электронов.		-
5.	Нанотехнологии. Области использования и перспективы развития. Элементы наноэлектроники и нанофо­тоники (полупроводниковые транзи­сторы и лазеры, фотодетекторы, сол­нечные элементы, наносенсоры и др.) Молекулярные электронные устрой­ства (переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне). Углеродные наноматериалы. Наноал­мазы. Фуллерены – строение, получе­ние, свойства, применение. Графен. Нанотрубки. Нанокатализ. Кинетические особенно­сти протекания химических процессов на поверхности наночастиц. Использо­вание нанокатализаторов. Разделение смесей с использованием пористых на­номатериалов – «молеку­лярных сит». Материалы на основе наноструктур. Наноэнергетика. Топ­ливные элементы и устройства для хранения энергии. Применение нанотехнологий в биоло­гии и медицине. Создание биосовмес­тимых поверхностей контакта, им­план­татов и искусственных органов. Разра­ботка и анализ лекарственных препара­тов. Доставка лекарственных препара­тов и генов внутрь клеток.	-	-	-
6.	Наномифы– миф об «отце-основа­теле» нанотехнологии, миф о безот­ходной технологии, миф о физиче­ском методе синтеза веществ, миф о нано­машинах и нанороботах, теория «серой слизи» Дрекслера.		-	-
Итого:		-

Интерактивные формы занятий:

№ темы	Формы
2-6	Групповое обсуждение презентации, сделанной студентом по теме реферата
2-6	Презентации и обсуждение исследовательских планов студентов по магистерским диссертациям
	Всего: 14 час/40% от ауд. занятий

Содержание самостоятельной работы студентов по темам дисциплины.

Содержание инвариантной самостоятельной работы студентов по темам:

№ п/п	Темы дисциплины	Содержание самостоятельной работы студентов	Количество часов
1.	Введение в химию нано-состояния вещества	- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме
2.	Основные понятия нанохимии	- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка к лабораторной работе
3.	Методы синтеза наноструктур и наноматериалов	- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка к лабораторной работе - Подготовка рефератов
4.	Методы исследования наноразмерных систем	- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка к лабораторной работе - Подготовка рефератов
5.	Нанотехнологии. Области использования и перспективы развития	- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме - Подготовка отчетов - Подготовка рефератов - Подготовка презентаций
6.	Наномифы	- Самостоятельное изучение учебной литературы по теме
Итого:	82 часа

Содержание вариативной составляющей самостоятельной работы:

№ п/п	Темы дисциплины	Содержание самостоятельной работы студентов	Количество часов
1.	2-6	Самостоятельное изуче­ние научно-популярной литературы по теме ре­ферата
2.	2-6	Работа с электронными источниками информа­ции по теме реферата
Итого:	26 часов

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Основные правила техники безопасности изложены в Инструкции № 314 по охране труда при работе в химических лабораториях кафедры неорганической химии, находящейся на рабочем месте.

После выполнения лабораторных работ все растворы, содержащие серебро и золото ОБЯЗАТЕЛЬНО выливать в специально подготовленные склянки.

Результаты лабораторной работы оформляются в виде индивидуального отчета в форме научной публикации. Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- введение (цель и задачи работы);

- методику проведения эксперимента с указанием используемых реактивов и оборудования;

- результаты эксперимента, включающие расчеты, описание сущности протекающих химических процессов и анализ спектров поглощения;

- выводы (с анализом причин получения некорректных результатов);

- список используемой литературы и просмотренных сайтов при составлении отчета.

В отчете должны быть представлены ответы на контрольные вопросы по лабораторной работе.