Нанотехнологии

Автор программы: доцент, к. ф.-м. н., Классен Н.В.

Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение методов формирования  наноструктур, особенностей их физических и химических свойств по сравнению с объемными материалами, наиболее перспективных способов их практических применений, а также обучить принципиально новым подходам к созданию материалов, конструкций, приборов и устройств на основе нанотехнологий.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления применительно к наномасштабным объектам, умения ставить и решать задачи по анализу явлений в наноструктурах и разработке методик, материалов, конструкций, устройств и приборов на основе нанотехнологий.

Краткое содержание дисциплины:

1

Предмет «Нанотехнологии» как междисциплинарная область знаний, совмещающая достижения физики конденсированного состояния, физики поверхности, химии коллоидных систем, биофизики, биохимии, оптики и спектроскопии, микроэлектроники. История нанотехнологий и экологическая востребованность перехода от «серых» технологий к «зеленым».

2

Два подхода к формированию неорганических наномасштабных структур: сборка от отдельных атомов к молекулам, их кластерам и агломератам и от монолитных макроматериалов диспергированием до отдельных наночастиц. Газофазный и плазмохимический синтез, осаждение из коллоидных растворов, термодиффузия, терморазложение и термовосстановаление, механосинтез.

3

Детонационный и электровзрывной синтез, синтез оксидов в жидких металлах, саморастпространяющийся высокотемпературный синтез. Использование  термодиффузии, электрического взрыва, лазерной абляции, кавитационного диспергирования.

4

Получение компактных нанокристаллических материалов. Осаждение на подложку, кристаллизация аморфных сплавов, интенсивная пластическая деформация, превращения порядок – беспорядок, локальное пластическое деформирование приповерхностных слоев.

5

Формирование наноразмерных жидких и твердых композиций из неорганических наночастиц, органических и биоорганических мономеров и полимеров. Образование мицелл, глобул, наноцепочек, углеродных фуллеренов и нанотрубок как полых, так и с различными видами
атомно – молекулярных наполнителей.

6

Способы формирования тонких пленок и наночастиц на подложках по типу квантовых ям и квантовых точек. Использование биополимеров как темплатов и стабилизаторов для формирования одномерных, двумерных и трехмерных неорганических наноструктур.

7

Оптическая, просвечивающая и сканирующая электронные микроскопии в диагностике наноструктур. Новые виды сканирующей микроскопии (атомно-силовая, туннельная, ближнепольная  оптическая). Использование рентгеновской дифракции, фотокрреляционной спектроскопии и седиментации для определения размеров наночастиц.

8

Особенности  термодинамических, химических и механических свойств  нанодисперсных частиц, их агломератов и нанозеренных керамик и поликристаллов. Усиление роли поверхностей раздела в наноструктурах. Адсорбция и десорбция. Неравновесность наноструктур и способы их стабилизации.

9

Особенности электронных свойств квантовых точек, одномерных и двумерных наноструктур на основе металлических полупроводниковых и диэлектрических материалов. Плазмонные резонансы, квантовый эффект Холла, линейный закон электронной дисперсии графена.

10

Особенности оптико – спектральных характеристик квантовых точек, квантовых проволок и квантовых ям полупроводниковых и металлических составов. Гигантское комбинационное рассеяние органических молекул, адсорбированных металлическими наночастицами.

11

Синергетическая самоорганизация. Процессы упорядочения  наноструктур при формировании коллективов из неорганических и органических нанокомпонентов с помощью лазерного, электрического и акустического воздействий.

12

Особенности нанотехнологий биоморфных систем. Проявления естественных нанотехнологий в биологических структурах растительного и животного происхождения.

13

Формирование наноструктур для электронных и опто-электронных систем методами ионного облучения, рентгеновской и электронно – лучевой литографии, плазмохимической обработки, молекулярно-лучевой эпитаксии

14

Перспективы применения нанотехнологий в электронных и оптоэлектронных схемах, биосенсорике, радиационных детекторах, преобразователях ионизирующих излучений в электричество.

15  

Перспективы применения нанотехнологий в несущих конструкциях, установках с высокотемпературными и химически агрессивными средами, инструментальной технике. Повышение эффективности каталитических  процессов с использованием наночастиц

Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен.