grandov.ru страница 1
скачать файл


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
_____________________________

Руководитель ООП

по направлению 150100

профессор Пряхин Е.И.

Утверждаю
___________________________

Зав. кафедрой

материаловедения и технологии художественных изделий

профессор Пряхин Е.И.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Физика поверхности»
Направление подготовки: 150100.68 – Материаловедение

и технологии материалов



Магистерская программа: Материаловедение и технологии

наноматериалов и покрытий


Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: заочная
Составитель: доцент Барсуков В.Н.
Санкт-Петербург

2012


1. Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины дать будущим магистрам по материаловедению и технологии материалов современные знания о поверхности как специфическом объекте исследования, необходимые для решения материаловедческих и металлургических задач, совершенствования существующих и создания новых (в том числе нано-) материалов.

Задачи дисциплины:

- формирование знаний о кристаллографическом описании поверхности;

- изучение методов исследования химического состава и структуры поверхности материалов;

- знакомство с атомной структурой поверхности и научными представлениями о физических явлениях, связанных с поверхностью;

- изучение взаимосвязи структуры и свойств поверхности со свойствами составляющих ее атомов;

- формирование знаний о природе явлений, происходящих при образовании тонких плёнок и других наноразмерных твёрдотельных образований.


2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к циклу М1 (вариативная часть).

Для изучения дисциплины «Физика поверхности» необходимы знания, умения и компетенции, полученные обучающимися при изучении дисциплин «Математическое моделирование и современные проблемы наук о материалах и процессах», «Основы научных исследований», «Физика и химия конденсированного состояния/Теория электронного строения твердых тел», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов», «Наноструктурная керамика и полимеры / Углеродные наноматериалы».

3. Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций:



Код

компетенции

Название компетенции


ОК-1

Способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень и профессионализм, устранять пробелы в знаниях и обучаться на протяжении всей жизни

ОК-2

Владение навыками развития научного знания и приобретения нового знания путем исследований, оценки, интерпретации и интегрирования знаний, проведения критического анализа новых идей

ОК-6

Способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности

ОК-7

Способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов … и формулированию новых исследовательских задач на основе возникающих проблем

ОК-8

Владение навыками формирования и аргументации собственных суждений и научной позиции на основе полученных данных, умение анализировать и делать выводы по социальным, этическим, научным и техническим проблемам, возникающим в профессиональной деятельности, с учетом экологических последствий

ПК-1

Владение базовыми знаниями теоретических и прикладных наук и развитие их самостоятельно с использованием в профессиональной деятельности при анализе и моделировании, теоретическом и экспериментальном исследовании материалов и процессов

ПК-4

Способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного, научно-педагогического и производственного профиля своей профессиональной деятельности

ПК-6

Умение использовать методы моделирования и оптимизации, стандартизации и сертификации для оценки и прогнозирования свойств материалов и эффективности технологических процессов

ПК-7


Понимание и самостоятельное использование физических и химических основ, принципов и методики исследований, испытаний и диагностики веществ и материалов; наличие навыков комплексного подхода к исследованию материалов и технологий их обработки и модификации, включая стандартные и сертификационные испытания материалов, изделий и процессов

ПК-9

Наличие навыков самостоятельного сбора данных, изучения, анализа

и обобщения научно-технической информации по тематике исследования, разработки и использования технической документации, основных нормативных документов по вопросам интеллектуальной собственности, подготовки документов к патентованию, оформлению ноу-хау

на основе знаний основных положений в области интеллектуальной собственности, патентного законодательства и авторского права РФ


ПК-12

Владение навыками самостоятельного использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, структуры и свойств материалов и изделий из них, планирования и реализации исследований и разработок

ПК-14

Способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с целями ООП магистратуры

В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний по дисциплине, формируемыми на следующих уровнях:

Знать:

- способы кристаллографического описания поверхности;



    - принципы и общую методику физического эксперимента с использованием установок для исследования структуры, состава и физических свойств поверхности и тонких пленок;

- структуру и свойства поверхности твердых тел;

- закономерности адсорбции, десорбции и диффузии на поверхности;

- методы получения тонких пленок и механизмы формирования наноразмерных структур.

Уметь:


- осваивать и грамотно применять результаты новых теоретических и экспериментальных исследований в области физики поверхности;

- выбирать методы и типы оборудования для получения информации о составе и структуре поверхности материалов.



    Владеть:

- стандартной терминологией и определениями, относящимися к поверхности;

- рациональными методами анализа и обработки научно-технической информации о поверхности;

- осознанием значимости и роли процессов на поверхности твёрдого тела для технологий производства и модифицирования современных материалов,

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы.



Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

3










Аудиторные занятия (всего)

10

10










В том числе:
















Лекции

2

2










Практические занятия (ПЗ)

8

8










Семинары (С)
















Лабораторные работы (ЛР)
















Самостоятельная работа (всего)

62

62










В том числе:
















Курсовой проект (работа)
















Расчетно-графические работы
















Реферат (или электронная презентация)

26

26










Другие виды самостоятельной работы
















Подготовка к лабораторным работам
















Составление отчетов

к лабораторным работам


















Защита лабораторных работ
















Подготовка к сдаче зачета

36

36










Вид промежуточной аттестации

(зачет, экзамен)






зачет










Общая трудоемкость, час

Зач. ед.


72

72










2

2












5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№№ п/п

Наименование раздела

дисциплины



Содержание раздела

1.

Введение


Значение исследований поверхности.

Методы получения чистой поверхности.

Термодинамика поверхности.


2.

    Основы двумерной

    кристаллографии






Двумерная кристаллическая решетка, двумерные решетки Браве. Индексы Миллера плоскостей и направлений. Матричная запись и запись Вуда для поверхностных структур. Двумерная обратная решетка. Двумерные зоны Бриллюэна.

3.

Методы анализа

поверхности




Дифракционные методы: дифракция электронов; рентгеновская дифракция под скользящими углами; фотоэлектронная дифракция; электронная оже-дифракция.

Спектроскопические методы: электронная оже-спектроскопия; фотоэлектронная спектроскопия; вторичная ионная масс-спекгроскопия.

Микроскопические методы: полевая эмиссионная и ионная микроскопия; просвечивающая и отражательная электронная микроскопия; сканирующая электронная и туннельная микроскопия; атомно-силовая микроскопия.


4.

Атомная структура

чистых поверхностей

и поверхностей

с адсорбатами



Релаксация и реконструкция. Релаксированные и реконструированные поверхности металлов, графита, элементарных и сложных полупроводников.

Поверхностные фазы в субмонослойных системах адсорбат/подложка.

Состав поверхностных фаз. Поверхности металлов и полупроводников с адсорбатами.


5.


Структурные дефекты поверхности


Точечные дефекты (адатомы, вакансии, дефекты замещения). Дислокации, доменные границы, ступени, фасетирование.

Критерий устойчивости поверхности. Морфология поверхности.



6.

Электронные свойства поверхности


Модельные представления потенциала на поверхности: приближение сильной связи, модель желе-металла, приближение самосогласованной решетки. Приближение

почти свободных электронов.

Поверхностные состояния. Коллективные электронные колебания на поверхности.

Работа выхода электронов, роль шероховатости поверхности. Поверхностная проводимость. Поверхностная энергия.



7.

Элементарные процессы на поверхности


    Адсорбция и десорбция атомов на поверхности. Кинетика адсорбции. Полимолекулярная адсорбция. Физическая и химическая адсорбция. Изотермы адсорбции.

Особенности химической связи на поверхности. Взаимодействие адатомов. Структура адсорбированных слоев. Изменение работы выхода при адсорбции.

Термическая десорбция. Кинетика десорбции. Нетермическая десорбция.

Поверхностная диффузия: основные уравнения, константы, анизотропия.

Атомные механизмы поверхностной диффузии. Поверхностная диффузия и формирование фаз. Поверхностная электромиграция.



8.

Рост тонких пленок

на поверхности




Механизмы роста пленок. Эпитаксия. Ориентационные соотношения. Кинетические эффекты в гомоэпитаксии. Эффекты механических напряжений при гетероэпитаксии.

Зародыши и их образование. Влияние

условий роста на размеры кристаллитов.


9.

Атомные манипуляции на поверхности

и формирование

наноструктур


Объекты нанометрового масштаба и пониженной размерности. Атомные манипуляции: перемещение атомов вдоль поверхности, удаление атомов, осаждение атомов.

    Самоорганизация и начальная стадия роста пленок на поверхности. Фуллерены

и углеродные нанотрубки.

.
5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи

с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами


№№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

№№ разделов данной дисциплины,

необходимых для изучения

обеспечиваемых (последующих) дисциплин


1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Оборудование и методики

исследований наноматериалов и покрытий



+

+

+

+

+

+

+

+

+

2.

Взаимодействие лазерного

излучения с веществом /

Аморфные и микрокристаллические материалы


+

+

+

+

+

+

+

+

+

3.

Физико-механические свойства наноструктурированных

материалов и покрытий



+

+

+

+

+

+

+

+

+

4.

Проектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов

и покрытий



+

+

+

+

+

+

+

+

+

5.

Специальные покрытия

и способы их нанесения /

Наноструктурные сверхтвердые материалы и алмазоподобные пленки


+

+

+

+

+

+

+

+

+

6.

Научно-исследовательская

работа


+

+

+

+

+

+

+

+

+


5.3. Разделы дисциплины и виды занятий

№№ п/п

Наименование

раздела дисциплины



Лек-

ции


Практ.

зан.


Лаб.

зан.


Семин.

СРС

Всего,

час.


1.

Введение

2










2

4

2.

    Основы двумерной

кристаллографии













4

4

3.

Методы анализа поверхности













8

8

4.

Атомная структура чистых

поверхностей и поверхностей

с адсорбатами














8

8

5.

Структурные дефекты

поверхности






2







8

10

6.

Электронные свойства

поверхности















8

8

7.

Элементарные процессы

на поверхности






2







8

10

8.

Рост тонких пленок

на поверхности






2







8

10

9.

Атомные манипуляции

на поверхности и формирование

наноструктур





2







8

10




Итого:

2

8







62

72


6. Лабораторный практикум –

не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой.



7. Практические занятия

№№ п/п

№ раздела

Тематика практических занятий


Трудо-емкость,

час


1.

5

Структурные дефекты поверхности

2

2.

7

Адсорбция, десорбция и поверхностная

диффузия


2

3.

8

Механизмы роста и методы выращивания

тонких пленок



2

4.

9

Атомные манипуляции с помощью

сканирующей туннельной микроскопии



2


8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) -

не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой.



9. Учебно-методическое и информационное обеспечение

дисциплины

а) основная литература:

1. Введение в физику поверхности / К. Оура [и др.]. – М.: Наука, 2006, – 492 с.*

2. Праттон, М. Введение в физику поверхности / М. Праттон. – Ижевск: Изд-во «РХД», 2000. – 256 с.

3. Киселев, В.Ф. Основы физики поверхности твердого тела / В.Ф. Киселев, С.Н. Козлов, А.В. Зотеев. – М.: Изд-во МГУ, 1999. – 248 с.*

4. Зенгуил, Э. Физика поверхности / Э. Зенгуил. – М.: Мир, 1990. – 536 с.

5. Пичугин, В.Ф. Материаловедение поверхности и тонких плёнок / В.Ф. Пичугин. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 139 с.*
б) дополнительная литература:

6. Моррисон, С. Химическая физика поверхности твердого тела / С. Моррисон. – М.: Мир, 1980. – 488 с.

7. Хофман, Р. Строение твердых тел и поверхностей (Взгляд химика-теоретика) / Р. Хофман. – М.: Мир, 1990. – 216 с.*

8. Васильев, М.А. Структура и динамика поверхностей переходных металлов / М.А.Васильев. – Киев: Наукова Думка, 1988. – 248 с.

9. Лифшиц, В.Г. Процессы на поверхности твердых тел / В.Г. Лифшиц, С.М. Репинский. – Владивосток: Дальнаука, 2003. – 704 с.

10. Вудраф, Д. Современные методы исследования поверхности / Д. Вудраф, Т. Делчар. – М.: Мир, 1989. – 568 с.*

11. Фелдман, Л. Основы анализа поверхности и тонких пленок /Л. Фелдман, Д. Майер. – М.: Мир, 1989. – 341 с.*

12. Вольф, Е.Л. Принципы электронной туннельной спектроскопии / Е.Л.Вольф; под ред. В.М. Свистунова. – Киев: Наукова Думка, 1990. – 456 с.

13. Бахтизин, Р.З. Сканирующая туннельная микроскопия - новый метод изучения поверхности твердых тел / Р.З. Бахтизин // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – №11, – С. 83-89.*

14. Арутюнов, П.А. Атомно-силовая микроскопия в задачах проектирования приборов микро- и наноэлектроники / П.А. Арутюнов, А.Л. Толстихина // Часть I: Микроэлектроника. – 1999. – № 6. – С. 405-414. Часть II: Микроэлектроника. – 1999. – № 1. – С. 13-22.

(Издания, отмеченные значком *, можно скачать из Интернета).
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

14. Федеральный портал «Информика» http://www.informika.ru/ и его проекты.

15. Сайт ЦКП «Диагностика микро и наноструктур» http://www.nano.yar.ru

16. http://www.ph4s.ru/book_ph_poverhn.html

17. http://www.ph4s.ru/book_nano.html

18. http://www.iqlib.ru/book/preview/

19. http://www.sibsauktf.ru/courses/surface/

20. http://elibrary.ru

21. http://journals.ioffe.ru/ftt/


    22. Г. Владимиров. Физика поверхности твердого тела. Презентация (8.0 Мб).

    23. А.В. Зотов, А.А. Саранин. Введение в сканирующую туннельную микроскопию: Учеб. пособие (990 Кб).

    24. Киселёв В.Ф., Козлов С.Н., Зотеев А.В. Основы физики поверхности твёрдого тела (2.9 Мб).

    25. К. Оура, В. Лившиц. Введение в физику поверхности (9,6 Мб).

    26. М. Праттон. Введение в физику поверхности (4.4 Мб).



10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

    Кафедра материаловедения и технологии художественных изделий имеет мультимедийную аудиторию для проведения лекционных и практических занятий и располагает необходимым комплектом мультимедийных материалов.

11. Методические рекомендации по организации изучения

дисциплины

Изучаемая дисциплина содержит материал, существенно дополняющий информацию о конденсированном состоянии вещества, полученную при обучении по программе бакалавриата и в дисциплинах «Физика и химия конденсированного состояния» или «Теория электронного строения твердых тел» программы магистратуры.

Дисциплина включает большое количество учебного материала, а время аудиторных занятий ограничено. Следствием этого является появление трудностей при усвоении новой информации лекционного и практических занятий.

Чтобы снизить трудоемкость восприятия материала дисциплины, необходима:

- активная работа обучающихся на практических занятиях, участие в обсуждении узловых понятий;

- постоянная самостоятельная работа обучающихся; особенно важно тщательно относиться к выполнению заданий преподавателя и самостоятельному разбору теоретических и практических аспектов дисциплины.

Дополнительной трудностью освоения дисциплины является то, что ее материал базируется на уже пройденных разделах физики, химии и физической химии, изучавшихся по программе бакалавриата.

Аттестация обучающегося по дисциплине является совокупностью данных по успешности выполнения им требований учебной программы (посещения лекционного и практических занятий, подготовки реферата или электронной презентации, сдачи зачета в форме итогового тестирования и собеседования с преподавателем).



Разработчик:

кафедра МиТХИ доцент Барсуков В.Н.



Эксперты:

кафедра МиТХИ профессор Пряхин Е.И.


профессор Петкова А.П.


скачать файл



Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины «Физика поверхности»
234.07kb.
Рабочая программа дисциплины
78.26kb.
Рабочая программа учебной дисциплины одп. 3 Физика
321.13kb.
Рабочая программа учебной дисциплины дпп. Ддс. 04. Геометрия ооп: Специальность 032100. 00 Физика
242.22kb.
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 02
403.32kb.
Рабочая программа учебной дисциплины ландшафтное проектирование
619.28kb.
Рабочая программа учебной дисциплины компьютерная графика в садоводстве
320.76kb.
Рабочая программа дисциплины
132.11kb.
Рабочая программа дисциплины физика
79.51kb.
Рабочая программа учебной дисциплины «теория электросвязи» для специальностей
260.38kb.
Рабочая программа учебной дисциплины управление разработкой и реализацией нового продукта для подготовки бакалавров по профилю
376.48kb.
Рабочая программа дисциплины «Теоретические основы информатики» /сост. С. А. Литвинова – Бузулук: бгти (филиал) огу, 2011. 15 с
245.31kb.