Формированиесистемыинновационного...

Лекция 1. Введение 1

СОВРЕМЕННЫЕФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫАкадемик

Ю.Д.ТретьяковПрофессора

Е.А.ГудилинА.Р.Кауль

А.В.Шевельков

Формирование системы инновационногоОбразования в МГУ им.М.В.Ломоносова

«Новые материалы и химические технологии»

Лекция 1. Введение 2

Составляющие курса“Материалы. Прошлое, настоящее, будущее” (1 семестр), “Химическая физика твердого тела” и“Физико-химия и технология материалов” (8 семестр). “Перспективные процессы и материалы”, “Введение в специальность” ( 1 семестр ), “Реальная структура твердых тел” ( 4 семестр ), “Неорганические материалы” ( 5 семестр ).

36 часов, 14-16 лекций («Функциональные материалы 1»)~10 домашних к.р. – по 10 б.~ 2 коллоквиума (асп.) – по 20-30 б.Экзамен (и Химфак, и ФНМ!!!) – 50 б.Рейтинг (к.р. + колл. + экз.) – ~ 200 б., (%)

Рекомендовано:“Функциональные материалы 2” (спецкурс, 36 ч.) –Семинары (корреляция с лекциями) + Экскурсии (профориентация)

Лекция 1. Введение 3

Основные разделы курса• Систематика функциональных материалов• Принципы получения и дизайна материалов• Типы материалов• Физические свойства и диагностика материалов• Практические применения материалов

(ультрадисперсные материалы и наноструктуры, стеклообразные и аморфные материалы, керамика, синтетические кристаллы, пленки, полупроводники, диэлектрики, магнитные иоптические материалы, твердые электролиты, высокотемпературные сверхпроводники, биоматериалы, жидкие кристаллы)

Лекция 1. Введение 4

Основная литература1. А.Вест. Химия твердого тела. М.: Мир, 1988, т.1,2.2. А.А.Чернов, Е.И.Гиваргизов, Х.С.Багдасаров,

В.А.Кузнецов, Л.Н.Демьянец, А.Н.Лобачев. Современная кристаллография. Т.1-3. М.: Наука, 1980.

3. Ю.Д.Третьяков, Х.Лепис. Химия и технологиятвердофазных материалов. М.: МГУ, 1985.

4. В.И.Фистуль. Физика и химия твердого тела, т.1,2. М.: Металлургия, 1995.

5. Ч.Н.Р.Рао, Дж.Гополакришнан. Новые направления вхимии твердого тела. Новосибирск: Наука, 1990.

6. О.Уайэтт, Д.Дью-Хьюз, Металлы. Керамики. Полимеры., М.: Атомиздат, 1979

7. У.Д.Кингери. Введение в керамику. М.: Изд-во лит-рыпо строительству, 1967, 494 с.

8. Дж.Блейкмор. Физика тв.тела. Мир, Москва, 1988,

Лекция 1. Введение 5

Работа с журналами“Неорганические материалы”“Успехи Химии”“Материаловедение”“Journal of Materials Chemistry”“Journal of Materials Research”“Journal of Solid State Chemistry”“Ceramics International”“Chemistry of Materials”“Advanced Materials”“Materials Today”

Лекция 1. Введение 6

Электронные источникиhttp://perst.isssph.kiae.ru/(Перст – Перспективные Технологии)http://www.rebco-effort.net/(EFFORT)http://www.materialstoday.com/home.htm(Materials Today!)http://elibrary.ru/defaultx.asp, http://lib.hsms.msu.ru/(Электронная библиотека РФФИ и ФНМ)http://www.superconductors.org/(Популярные статьи по ВТСП)

goodilin@inorg.chem.msu.ru (PDF – файлы)

Лекция 1. Введение 7

Материалы

Лекция 1. Введение 8

Лекция 1. Введение 9

Перспективные технологииПриоритетные направления развития науки, технологий и техники РФ

(выборка, ПЕРСТ, том 9, выпуск 17, 15 сентября 2002:http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/index.htm)

• Высокопроизводительные вычислительные системы. • Информационно-телекоммуникационные системы. • Компьютерное моделирование. • Лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии. • Материалы для микро- и наноэлектроники. • Мембранные технологии. • Микросистемная техника. • Мониторинг окружающей среды. • Нетрадиционные возобновляемые экологически чистые источники энергии и новые методы

ее преобразования и аккумулирования. • Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и сверхвысокочастотная связь. • Прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки, контроля. • Синтез лекарственных средств и пищевых добавок. • Синтетические сверхтвердые материалы. • Технологии на основе сверхпроводимости. • Экологически чистый и высокоскоростной наземный транспорт. • Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров. • Базовые и критические военные и специальные технологии.

Лекция 1. Введение 10

Перспективные керамическиематериалы

(Advanced Ceramics for Development of Healthy Living World)

- Твердофазные электролиты и электродные материалы (топливныеячейки, источники тока, сенсоры, кардиохирургия, электрическийтранспорт, сотовые телефоны)

- Новые оптоволоконные стекла (проект транстихоокеанского волоконногокабеля)

- Материалы на основе нитрида кремния (автомобильные двигатели и пр.)- Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП томографы, системы

генерации, хранения и передачи энергии, поезда на магнитной подушке, сверхбыстрые компьютеры, ядерные реакторы и пр.)

- Материалы со сверхвысокими температурами плавления на основе HfC2(новые высокотемпературные технологические процессы)

- Наноматериалы (сверхтвердые композиционные материалы, молекулярные компьютеры и пр.)

- «Умные» материалы (нелинейные диэлектрики, магнитореологическиематериалы, материалы с памятью формы, ...)

Лекция 1. Введение 11

Создание материалов

Лекция 1. Введение 12

Формы материалов

Лекция 1. Введение 13

Классификация по составу

Лекция 1. Введение 14

Классификация по структуре

Лекция 1. Введение 15

Классификация по типам

Лекция 1. Введение 16

Классификация по свойствам

Лекция 1. Введение 17

Схемавзаимодействиятепловых, электрическихи механическихявленийв кристаллах

Ю.И.Сиротин,М.П.Шаскольская

«Основы кристаллофизики»М.:Наука, глав. ред. ф.-м. лит.

1979

Лекция 1. Введение 18

Принципы создания материалов

Лекция 1. Введение 19

Лекция 1. Введение 20

Лекция 1. Введение 21

Лекция 1. Введение 22

Уровниструктуры

Иерархическая структуракерамических материаловявляется своеобразной«записью» истории полученияматериала и предопределяет,как правило, его основныефункциональные характеристики:

МАТЕРИАЛ = ФАЗА + «ДЕФЕКТЫ»

Лекция 1. Введение 23

Лекция 1. Введение 24

Лекция 1. Введение 25

Упорядоченные структуры

Лекция 1. Введение 26

Самосборка и самоорганизация

Самосборка – процесс образования упорядоченной надмолекулярнойструктуры или среды, в котором в практически неизменном виде принимаютучастие только компоненты (элементы) исходной структуры, аддитивносоставляющие или «собирающие», как части целого, результирующуюсложную структуру.

Самоорганизация может быть использована как механизм созданиясложных «шаблонов», процессов и структур на более высоком иерархическомуровне организации, чем тот, что наблюдался в исходной системе, за счетмногочисленных и многовариантных взаимодействий компонент на низкихуровнях, на которых существуют свои, локальные, законы взаимодействия, отличные от коллективных законов поведения самой упорядочивающейсясистемы. Для процессов самоорганизации характерны различные помасштабу энергий взаимодействия, а также существование ограниченийстепеней свободы системы на нескольких различных уровнях ее организации.

Лекция 1. Введение 27

Ассоциаты наночастиц

Лекция 1. Введение 28

Деламинирование при интеркаляции– деинтеркаляции (шпинели)

Лекция 1. Введение 29

Структура гибридных ксерогелей

Лекция 1. Введение 30

Тубулярные структуры

Лекция 1. Введение 31

Встраивание частицы в рельеф

Лекция 1. Введение 32

Неравновесные системы

Лекция 1. Введение 33

Упорядочение/ячейки

Лекция 1. Введение 34

Ячейки Беннара

Вид сверху Строение

Лекция 1. Введение 35

Реакция Белоусова-Жаботинского

«Химические часы» -тонкий слой - волны

Лекция 1. Введение 36

Правило Кюри

1) симметрийные условия сосуществования среды ипроисходящих в ней явлений (явление может существовать всреде с его характеристической симметрией или симметриейодной из надгрупп или подгрупп последней);

2) необходимость наличия дисимметрии (“дисимметриятворит явление”);

3) правило суперпозиции элементов симметрии идисимметрии среды и явления (в следствии сохраняются лишьобщие для среды и явления элементы – принципдисимметризации);

4) сохраняемость элементов симметрии и дисимметриипричин в порождаемых ими следствиях (элементы симметриипричин обнаруживаются в произведенных следствиях, дисимметрия следствия должна обнаруживаться в породившихего причинах – принцип симметризации).

Лекция 1. Введение 37

Анкета1. Что такое материал (общее определение)?2. В чем разница между функциональными и конструкционными

материалами?3. Назовите химические соединения (1-2 формулы), являющиеся

типичными представителями: наноматериалов, катализаторов, стекол, диэлектриков, полупроводников, сверхпроводников, супериоников, магнитных и биоматериалов.

4. Чем наука о материалах отличается от неорганической химии, физической химии, физики, химии твердого тела? Как определитьместо наук о материалах среди остальных наук?

5. Что является объектом исследований науки о материалах?6. Каковы основные цели и тенденции развития современного

материаловедения?7. Какие науки вносят наибольший вклад в изучение материалов?8. Какие существуют методы физико-химического исследования

материалов?9. В чем проявляется роль фундаментального материаловедения в

современном обществе?10. В чем причина изменения современных приоритетов развития

материаловедения? Что относится к критическим технологиямразвития в настоящее время?

Лекция 1. Введение 38

Литература1. Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин «Фундаментальные физико-

химические принципы в неорганическомматериаловедении», ЖВХО, т.36, н.6, 1991,с.265(подробное обсуждение всех принципов!)

2. Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин, «Проблемы и перспективыразвития материалов», ЖВХО, т.36, н.6, 1991, (введение кномеру)

3. Г.Николис, И.Пригожин, Познание сложного, М.:Мир, 1990, 341 с.

4. А.Баблоянц, Молекулы, динамика и жизнь, М.:Мир, 1990, 373 с.

5. В.С.Иванова, А.С.Баланкин, И.Ж.Бунин, А.А.Оксогоев. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994.