8D07108 Наноматериалы и нанотехнологии (по областям применения) в КБТУ (KBTU)

По успешному завершению данной модули обучающиеся должны быть способны: 1.  перечислять основные свойства наноматериалов, специфика которых определяет практическую ценность этих материалов 2.  интерпретировать физические явления, вызванные электронными процессами в наноразмерных конденсированных средах и обусловленные спецификой структуры наноразмерных объектов 3.  объяснять причины изменения свойств материалов при приближении размеров их структурных единиц к наномасштабу 4.  применять полученные знания и навыки в научно-исследовательской и практической деятельности 5.  использовать справочную литературу и ориентироваться в периодических изданиях по тематике дисциплины 6.  использовать физико-химические процессы для синтеза наноматериалов с заданными характеристикамиоценивать проблемы, подходы и тенденции, отражающие современное состояние проблемы получения новых наноматериалов с заданными свойствами, спрогнозировать возможность осуществления эксперимента по получению наноматериалов различными методами

Будут подробно изучены основные методы получения наноматериалов. Виды методов получения наноматериалов (механические, физические, химические и биологические). Методы механического измельчения.

Будут изучены основные виды нанодисперсных материалов для нефтегазовой отрасли. Объектами изучения данной дисциплины являются гетерогенные системы с высокоразвитой поверхностью раздела фаз (дисперсные системы), а также процессы, протекающие в межфазном поверхностном слое (поверхностные явления). Эффективное управление технологическими процессами и решение вопросов по защите окружающей среды невозможно без знания как свойств дисперсных систем, так и способов их получения, стабилизации и разрушения, а также условий и закономерностей протекания поверхностных явлений.

Будут изучены некоторые виды компьютерного моделирования наноструктур и современные программные средства для проведения компьютерного моделирования физических процессов и технических устройств.

Будут изучены основные принципы современных физических методов, используемых для диагностики наноматериалов, и особенностях их применения для исследования различных типов наноструктур.

Цель дисциплины – ознакомление с первоначальными понятиями об объектах, процессах и методах наноинженерии, а также формирование у обучающихся устойчивого интереса к данной области науки и техники. Задачи дисциплины: - рассмотреть основные термины и определения понятий, используемых для описания нанообъектов и процессов с их участием; - рассмотреть историю формирования и развития нанотехнологий; - рассмотреть основные виды наноматериалов, их характеристики и области применения; основные физико- и химико-технологические процессы получения наноматериалов и наноструктур

Будут изучены методы исследования и моделирование тонких пленок, изучение физических явлений, происходящих на различных этапах процесса напыления и роста пленок; существующих теорий роста тонких пленок, рассмотрению современных методов роста и контроля качества пленок, их возможностях и ограничениях; взаимосвязи физических свойств тонких пленок со структурой и дефектами.

Будет изучена квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле. В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешённых энергетических зон, разделённых зонами запрещённых энергий.

Будут изучены структура, кристалличность и физические свойства нанопленок. Зависимость структуры, толщины и кристалличности пленок от метода синтеза, температуры синтеза, отжига и т.д. Метод полнопрофильного анализа (метод Ритвельда). Определение размеров кристаллитов и микронапряжений в наноматериалах. Рентгеновские методы исследования наноматериалов. Определение величины мелкодисперсности и микронапряжений методом Фурье анализа (гармонический анализ). Связь интегральных полуширин исследуемого образца, эталона и функции физического (истинного) уширения. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей как метод определения размеров кристаллитов и пор в наноматериалах. Основы теории малоуглового рассеяния. Определение толщины и количества слоев в многослойных наноматериалах.

Будут изучены основные аспекты процессов литографии. Основы литографии, Типичные технологические шаги процесса литографии, Подложки. Способы очистки, Чистые помещения, Резисты - определение и свойства. Приготовление резистивной маски, Фотолитография, Электронная литография.

Будут изучены методы анализа наноматериалов и наноструктур. Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др. Сканирующая электронная микроскопия Просвечивающая электронная микроскопия, в том числе высокого разрешения Люминесцентная микроскопия Дифракционные методы (рентгеновские, электронные, нейтронные) Рентгеновская спектроскопия (XAS, EXAFS и др.) Электронная спектроскопия Наногравиметрия (QCN) Магнитно-резонансные методы Методы локального и нелокального (Auger, XPS) анализа поверхности Терагерцовая спектроскопия Масс-спектрометрия Нелинейно-оптические методы, в том числе рамановская спектроскопия Фемто- и наносекундная спектроскопия Биологические методы, основанные на амплификации

Будут изучены компьютерные технологии в наноэлектронике и микросистемной технике, теоретическое и экспериментальное исследование, математическое и компьютерное моделирование, проектирование, конструирование, технология производства и эксплуатация материалов, компонентов нано- и микросистемной техники различного функционального назначения, разработка и применение процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики.

Будут изучены основные аспекты кристаллофизики и структурного анализа наноматериалов, виды кристаллов. Изучение физических основ методов рентгеноструктурного исследования структуры нанокристаллов, методов моделирования дифракционных картин от многослойных наноструктур в зависимости от толщины и количества слоев. Изучение методов определения размеров нанообъектов различной природы. Задачей курса является выработка навыков правильного выбора методов исследования наноструктуры различных нанообъектов и решения прикладных задач с использованием компьютерных программ.

Будет изучено применение методов рентгеновской дифракции в исследованиях тонких пленок и приповерхностных слоев твердых тел.

Будут изучены разные аспекты твердофазных веществ, в частности, их синтез, структура, свойства, применение и другое.

Будут изучены основные аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий для повышения нефтеотдачи. Рассмотрены физико-химические аспекты методов увеличения нефтеотдачи для месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, в том числе залежей высоковязких нефтей. C учётом термодинамических и кинетических параметров системы нефть—порода — водная фаза, влияющих на вытеснение нефти из пористой среды, разработаны композиции на основе ПАВ и щелочных буферных систем

По успешному завершению данной модули обучающиеся должны быть способны: 1.  перечислять основные свойства наноматериалов, специфика которых определяет практическую ценность этих материалов 2.  интерпретировать физические явления, вызванные электронными процессами в наноразмерных конденсированных средах и обусловленные спецификой структуры наноразмерных объектов 3.  объяснять причины изменения свойств материалов при приближении размеров их структурных единиц к наномасштабу 4.  применять полученные знания и навыки в научно-исследовательской и практической деятельности 5.  использовать справочную литературу и ориентироваться в периодических изданиях по тематике дисциплины 6.  использовать физико-химические процессы для синтеза наноматериалов с заданными характеристикамиоценивать проблемы, подходы и тенденции, отражающие современное состояние проблемы получения новых наноматериалов с заданными свойствами, спрогнозировать возможность осуществления эксперимента по получению наноматериалов различными методами

Способность решать математические, инженерные и научные задания

Способность провести эксперимент, анализ и интерпретацию данных

Способность спроецировать компонент, процесс или систему для решения задач и получения результатов, учитывающие экономические, природные, социальные, политические, этические, БЖД, производственные условия.

Способность определять, формулировать и осуществлять поиск решений для инженерных задач и проблем

Понимание профессиональной и этичной ответственности

Широкое образование необходимое для понимания влияния инженерных решений в глобальном, экономическом, природном и общественном контексте

Знание современных трендов развития технологий в промышленной инженерии

Способность использовать различные методики критического анализа при принятии решений, навыки работы с инженерными данными и современные инженерные инструменты