Рабочая программа модуля (дисциплины) в 3 Процессы на поверхности раздела фаз

Скачать 358.93 Kb.

Название	Рабочая программа модуля (дисциплины) в 3 Процессы на поверхности раздела фаз
страница	1/2
Дата публикации	02.07.2015
Размер	358.93 Kb.
Тип	Рабочая программа

100-bal.ru > Химия > Рабочая программа

1 2

УТВЕРЖДАЮ

Директор института ИФВТ

В.В. Лопатин

«___»_____________ 2011г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
Б2.В.2.3 Процессы на поверхности раздела фаз
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП 150100 Материаловедение и технологии материалов
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА) Б2.В2. Наноструктурные материалы
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 – 2012 уч. г.
КУРС 4 СЕМЕСТР 7
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 5
ПРЕРЕКВИЗИТЫ

Б2.Б3; Б2.Б5; Б2.В.2.1
КОРЕКВИЗИТЫ нет

Нет
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции - 36 час.

Практич. Занятия - 18 час.

Лабор. Работы – 18 час.

Сам. Работа – 90 час.

ИТОГО 162 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра НМНТ ИФВТ

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________О.Л. Хасанов

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ Т.В. Смекалина

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________ И.А. Курзина

2011 г.

1. Цели освоения модуля (дисциплины)

Код цели	Цели освоения дисциплины	Цели ООП
Ц1	Владение теоретическими знаниями и навыками экспериментального исследования дисперсных систем и поверхностных явлений, необходимых для решения теоретических и прикладных задач	Подготовка выпускника к производственной деятельности в создании материалов с заданными технологическими и функциональными свойствами для различных областей техники и технологии
Ц2	Формирование способности к исследовательской деятельности; проводить самостоятельно эксперимент и анализировать результаты эксперимента	Подготовка выпускника к научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности в области создания современных конструкционных и функциональных неорганических (металлических и неметаллических) и органических (полимерных и углеродных) материалов; композитов и гибридных материалов; сверхтвердых материалов; интеллектуальных и наноматериалов, пленок и покрытий на основе ресурсоэффективных технологий.

2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП

Модуль (дисциплина) относится к профессиональному циклу общеобразовательной программы. Дисциплина является вариативной и ориентирована, в основном, для студентов, обучающихся на кафедре наноматериалов и нанотехнологий Томского политехнического университета. В рамках дисциплины будут рассматриваться основные подходы и представления к рассмотрению физических и химических процессов, протекающих на границе раздела фаз в наноматериалах. Студенты получают углубленные знания о явлениях, происходящих на межфазных границах раздела в дисперсных системах разной природы, свойствах поверхностных слоев, зависимости свойств от размеров частиц дисперсной фазы. Для успешного освоения дисциплины студентам необходимо владеть базовыми знаниями по химии, физике и математике. Иметь опыт работы в приложениях Microsoft Office. Соответственно пререквизитами данного курса являются дисциплины химия, физика и информатика.

Дисциплина «Процессы на поверхности раздела фаз» является базовой для освоения дисциплин профессионального цикла, ориентированных на технологии изготовления наноматериалов, в частности курса «Порошковые технологии изготовления наноматериалов». Задачами курса являются: рассмотрение поверхностных явлений в однокомпонентных и многокомпонентных дисперсных системах в зависимости от размеров частиц дисперсной фазы, особенностей проявления этих свойств в наноразмерныхсистемах, теоретических основ и практических способов получения и стабилизации дисперсных, в том числе наноразмерных систем, процессов на границе фаз в твердых материалах.

3. Результаты освоения модуля (дисциплины)

После изучения курса студент должен знать:

– структуру и основноесодержание дисциплины, а также взаимосвязь частей курса между собой;

– принципы использования коллоидно-химических явлений в современных технологиях базовой терминологии, относящейся к коллоидной химии и химии наночастиц, основные понятия, законы и их математическое выражение; фундаментальных экспериментальных фактов, лежащих в основе учения о дисперсном состоянии вещества ;

– основные методы исследования дисперсных систем;

уметь:

– устанавливать связь экспериментальных опытов с теорией с использованием соответствующих уравнений;

– проводить эксперименты по измерению оптических, молекулярно-кинетических, адсорбционных, электрических и реологических свойств дисперсных систем с использованием простых методов обработки результатов измерения;

владеть:

– опытом установления связи экспериментальных опытов с теорией с использованием соответствующих уравнений;

– опытом применения стандартных методик для определения физико-механических свойств и технологических показателей дисперсных систем.

В результате изучения дисциплины студент должен развить следующие компетенции:

Общекультурные компетенции:

способность самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля, осознавать перспективность интеллектуального, культурного, нравственного, физического и профессионального саморазвития и самосовершенствования, уметь критически оценивать свои достоинства и недостатки.

Профессиональные компетенции:

– умение использовать базовые знания математических и естественнонаучных дисциплин и дисциплин общепрофессионального цикла в объеме, необходимом для использования в профессиональной деятельности основных законов соответствующих наук, разработанных в них подходов, методов и результатов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в комплексной инженерной деятельности с целью моделирования объектов и технологических процессов в машиностроении;

– умение использовать традиционные и новые технологические процессы, операции, оборудование, нормативные и методические материалы по технологической подготовке производства, качеству, стандартизации и сертификации изделий и процессов, умение выбора материалов для заданных условий эксплуатации с учетом требований технологичности, экономичности, надежности и долговечности, экологических последствий их применения;

– умение использовать принципы и методики комплексных исследований, испытаний и диагностики, обработки и модификации материалов, изделий и процессов их производства, включая стандартные и сертификационные испытания; умение применять технические средства для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, свойств материалов и изделий из них;

– способность комплексно оценивать и прогнозировать тенденции и последствия развития науки о материалах, на основании комплексной оценки формулировать научно-техническую проблему в области изготовления, диагностики и применения наноматериалов. Знание внутри- и междисциплинарных связей в сфере профессиональной деятельности.

4. Структура и содержание модуля (дисциплины)

4.1. Аннотированное содержание разделов модуля (дисциплины):

4.1.1. Содержание лекций

(Всего – 36 часов; 1 лекция – 2 часа)

№ лекции	Содержание лекции
1	Тема1. Общие представления о дисперсных системах. Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы: ультрадисперсные (наноразмерные), высокодисперсные, грубодисперсные системы. Роль поверхности в таких системах.
2	Тема 2. Поверхностные свойства однокомпонентных систем. Термодинамические характеристики поверхности в однокомпонентных системах. Удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение). Поверхностная энергия и межмолекулярные взаимодействия в однокомпонентных системах. Методы определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел.
3	Тема 2. Поверхности раздела в двухкомпонентных системах. Межфазное натяжение на границе жидкость – жидкость. Влияние температуры на поверхностное натяжение границ раздела между конденсированными фазами и критические температуры смешения жидкостей. Адгезия и абсорбция. Дисперсионная и недисперсионная составляющие поверхностной энергии.
4	Тема 3. Дисперсность и термодинамические свойства тел. Размерные эффекты в дисперсных системах – зависимость свойств от размера частиц. Правило фаз Гиббса для дисперсных систем. Поверхностная энергия и равновесные формы тел. Капиллярные явления как проявление масштабных эффектов. Капиллярная постоянная жидкости.
5	Влияние дисперсности на температуру фазовых переходов (плавления и испарения). Температуры плавления в нанодисперсных системах. Влияние размера наночастиц в дисперсных системах на теплоемкость. Зависимость механических свойств дисперсных систем от размеров частиц.
6	Высокопрочные материалы на основе наноразмерных частиц. Пластичность наноразмерных дисперсных материалов. Магнитные свойства наночастиц. Использование нанодисперсных намагниченных частиц для получения ферромагнитных жидкостей.
7	Тема 4. Адсорбционные явления. Основы термодинамики адсорбции. Адсорбция как самопроизвольный процесс, приводящий к различию в концентрациях компонентов в поверхностном слое и в фазе. Положительная адсорбция, поверхностно-активные вещества. Отрицательная адсорбция, поверхностно-инактивные вещества, поверхностно-неактивные вещества. Поверхностная активность. Двухмерное состояние вещества в адсорбционном слое. Адсорбционные слои нерастворимых ПАВ.
8	Адсорбция на границе раздела газ-твердое тело. Теория хемосорбции Ньюнса-Андерсена. Взаимодействие адсорбат-адсорбент при хемосорбции: реконструкция, внедрение, сегрегация. Правила Саморджая. Способы определения элементарной ячейки поверхностных структур. Поверхностная диффузия. Карты адсорбционного потенциала поверхности на примере монокристалла Хе. Механизмы поверхностной диффузии.
9	Эпитаксия и поверхностная сегрегация. Поверхностная сегрегация. Теория Абрахама-Брандла. Экспериментальное исследование сегрегации. Эпитаксия. Классификация процессов эпитаксиального роста: механизм Фольмера-Вебера, механизм Франка-Ван дер Мерве, механизм Странски-Крастанова. Понятие псевдоморфизма. Пористая структура твердого тела и механизм заполнения пор. Параметры пористой структуры твердого тела: удельная поверхность, суммарный объем пор, радиус пор, методы их определения.
10	Тема 5. Образование дисперсных систем. Диспергирование и конденсация – методы получения дисперсных систем. Процессы диспергирования в природе, технике и химической технологии. Конденсационные методы получения дисперсных систем. Термодинамика конденсационного образования дисперсных систем. Роль пересыщения исходной системы.
11	Влияние размера зародыша новой фазы на термодинамические параметры конденсации. Критический радиус зародыша, его связь с переохлаждением системы. Кинетика и термодинамика образования новой фазы в твердых, газообразных и полимерных матрицах. Изменение скоростей образования и роста зародышей как способ управления степенью дисперсности.
12	Использование конденсационных методов в нанотехнологиях. Методы физической конденсации. Двухстадийные физические методы для получения металлических наночастиц. Метод молекулярных пучков. Аэрозольный метод. Распылительная сушка. Криохимический синтез. Плазменный метод.
13	Золь – гель метод. Метод замены растворителя. Химические конденсационные методы. Гидро(сольво)термальный синтез. Синтез дисперсных систем в микрореакторах. Нанореакторы. Лиофильные коллоидные системы - термодинамически стабильные ультрамикрогетерогенные дисперсные системы. Критерий Ребиндера-Щукина самопроизвольного диспергирования объемных фаз.
14	Мицеллобразование в растворах ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), методы ее определения. Термодинамика мицеллообразования, роль гидрофобных взаимодействий. Концентрированные дисперсии мицеллообразующих ПАВ. Солюбилизация в растворах мицеллообразующих ПАВ. Образование микроэмульсий. Критические эмульсии.
15	Тема 6. Термодинамика и процессы на границах в конденсированных веществах. Структура, энергия и движение внутренних границ. Однофазные структуры. Величина, форма и ориентировка зерен.
16	Электронная структура поверхности твердых тел. Элементы зонной теории. Поверхностные уровни Тамма и Шокли. Распределение Ферми-Дирака. Уровень Ферми, как электрохимический потенциал (термодинамический подход). Влияние процессов адсорбции, сегрегации примесей, биографических дефектов на электронную структуру поверхности твердых тел.
17	Многофазные структуры. Размеры и форма частиц. Распределение фаз по материалу. Процессы микросегригации. Сегрегация на границах зерен, поверхностные химические изменения
18	Зависимость физико-химических свойств и микроструктуры границ зерен от размера, формы зерна. Анизотропия микроструктуры. Проводимость микроструктур.

4.1.2. Содержание практических занятий

(Всего – 18 часов)

№ ПР	Содержание практических занятий	Час.
1	Термодинамические параметры поверхности в однокомпонентных и двухкомпонентных системах	2
2	Методы определения поверхностного натяжения	2
3	Влияние дисперсности на реакционную способность и температуры фазовых переходов.	2
4	Особенности наноразмерных систем	2
5	Адсорбционные явления и межмолекулярные взаимодействия компонентов	2
6	Термодинамика и кинетика конденсационного образования дисперсных систем.	2
7	Конденсационные методы в нанотехнологиях	2
8	Поверхностные характеристики материалов: пористость, удельная поверхность	2
9	Энергия границы раздела между конденсированными фазами	2

4.1.3 Содержание лабораторных занятий

(Всего – 18 часов)

№ ПР	Содержание лабораторных занятий	Час.
1	Определение поверхностного натяжения растворов на границе жидкость–газ	4
2	Оценка параметров пористой структуры сорбентов	4
3	Определение удельной поверхности вещества	4
4	Количественные характеристики адсорбции угольной кислоты на угле	2
5	Мицелообразование в гелях и золях железа	2
6	Определение среднего размера зерна в металлах по данным оптической микроскопии	2

4.2 Структура модуля (дисциплины) по разделам и видам учебной деятельности

Таблица 1.

Структура модуля (дисциплины)

по разделам и формам организации обучения

Название раздела	Аудиторная работа (час)			СРС (час)	Итого
Название раздела	Лекции	Практ. зан.	Лабор раб	СРС (час)	Итого
Общие представления о дисперсных системах	2	2	4	4	12
Поверхностные свойства однокомпонентных систем	2	2	2	12	18
Поверхности раздела в двухкомпонентных системах	2	2	2	13	19
Дисперсность и термодинамические свойства тел	6	4	2	16	28
Адсорбционные явления	6	2	4	15	27
Образование дисперсных систем	10	4	2	15	31
Термодинамика и процессы на границах в конденсированных веществах	8	2	2	15	27
Итого	36	18	18	90	162

5. Образовательные технологии

Таблица 2.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО Методы	Лекции	Практические занятия	СРС
IT-методы
Работа в команде		+
Case-study			+
Игра		+
Методы проблемного обучения	+	+	+
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа			+
Проектный метод
Поисковый метод		+	+
Исследовательский метод		+

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1. Текущая и творческая проблемно-ориентированная СРС

При изучении дисциплины предусмотрено несколько типов внеаудиторной (самостоятельной) работы:

Текущая самостоятельная работа

Подготовка к лекции включает работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса, (опережающая самостоятельная работа).
Подготовка к практическим занятиям включает проработку лекционного материала, и изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку, подготовку к тестам по изучаемым темам.
Подготовка к лабораторным занятиям включает проработку лекционного материала, и изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку, подготовку к выполнению лабораторной работы, оформление отчетов.
Подготовка к экзамену включает работу с лекционным материалом, задачам рассмотренным на практических занятиях и материалов, выносимым на самостоятельное изучение.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа

Подготовка устного сообщения. Выполняется по выбранной преподавателем теме. Проводится с использованием ресурсов Internet, научно-технической библиотеки и библиотечного фонда кафедры. Студент делает сообщение на практике с использованием компьютерной презентации, выполненной в формате Microsoft Power Point. Включает поиск, анализ, структурирование и презентацию информации.
Конспект (реферат). Выполняется по отдельным темам, которые не рассматриваются на лекции. Проводится с использованием ресурсов научно-технической библиотеки ТПУ и библиотечного фонда кафедры НМНТ. Включает анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.

6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по модулю (дисциплине)

Материал, выносимый на самостоятельную проработку, оформляется в виде конспекта (реферата) и включает 5 тем. Оформление материала предполагает проработку литературы, рекомендуемой преподавателем. Соответственно у каждого студента в конце семестра должна быть собрана информация по всем темам. Студент выбирает один из 5 разделов, по которому он готовит устное сообщение (индивидуальное задание). В последнем случае студенту необходимо использовать не менее 10 – 15 источников литературы, найденных самостоятельно (использование электронных ресурсов не более 50 %).
Темы, выносимые на самостоятельную проработку.

Адсорбция растворимых ПАВ. Применение ПАВ.
Явления когезии и адгезии.. Связь поверхностной энергии с энергией когезии. Правило Стефана
Неизотермические методы химической кинетики (методы отклика и импульсный) и их использование для изучения механизма гетерогенных каталитических реакций.
Применение хроматографии и термопрограммированных методов (ТПД, ТПО, ТПВ) для охарактеризации физико-химических свойств поверхности адсорбентов и катализаторов.
Современные методы изучения структуры поверхности твердых тел.
Свободная поверхностная энергия границы раздела конденсированных фаз
Методы синтеза объемных нанокристаллических наноматериалов.

6.3 Контроль самостоятельной работы

Таблица 3

Виды контроля СРС

Тип контроля	Способ осуществления и тип самостоятельной работы
Самостоятельные работы	Проводятся в виде тестов или теоретических вопросов на каждом практическом занятии (10 минут). Позволяют контролировать качество проработки лекционного материала, уровень усвоения тем, выносимых на самостоятельное изучение, контролировать уровень опережающей самостоятельной работы.
Устное сообщение	Проводится на практических занятиях. Позволяет контролировать качество выполнения индивидуального задания, оценить студента к поиску, анализу, структурированию и презентации информации; оценить способность студента к анализу научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.
Проверка конспектов	Проводится на каждом занятии. Позволяет контролировать качество проработки тем, выносимых на самостоятельное изучение.

1 2

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Программа дисциплины «Процессы на поверхности раздела фаз» для направления... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 222900. 62 «Нанотехнологии...		2 3077. Структура, свойства и физико-химические условия образования... Проект направлен на изучение термодинамической стабильности, структуры и свойств минеральных фаз, содержащих радиоактивные и токсичные...
	Темы рефератов по курсу «Техника высоких напряжений» Процессы объемной ионизации в газах. Процессы эмиссии электронов с поверхности катода. Первый коэффициент Таунсенда		Решение заседания кафедры протокол рабочая программа модуля / дисциплины... ...
	Название раздела Распределение трудоёмкости дисциплины (модуля) и видов учебной работы по семестрам		Название раздела Распределение трудоёмкости дисциплины (модуля) и видов учебной работы по семестрам
	Название раздела Распределение трудоёмкости дисциплины (модуля) и видов учебной работы по семестрам		Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...
	Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...		П/п Наименование раздела (модуля) дисциплины Методика работы по профилактике и коррекции отклоняющегося поведения учащихся (2 ч.) л
	Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...		Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...
	Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...		Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...
	Рабочая учебная программа дисциплины пс рупд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...		Рабочая программа учебная дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля) Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины (модуля) / ожидаемые результаты образования и компетенции...

Рабочая программа модуля (дисциплины) в 3 Процессы на поверхности раздела фаз

Похожие: