Формированиесистемыинновационного ...old.fnm.msu.ru/documents/16/1intro.pdf · 2006-12-23 · Лекция1. Введение 2 Составляющиекурса

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»


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)


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)


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,


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”


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)

[email protected] (PDF – файлы)


Материалы



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.


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, ...)


Создание материалов


Формы материалов


Классификация по составу


Классификация по структуре


Классификация по типам


Классификация по свойствам


Схемавзаимодействиятепловых, электрическихи механическихявленийв кристаллах

Ю.И.Сиротин,М.П.Шаскольская

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

1979


Принципы создания материалов





Уровниструктуры

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

МАТЕРИАЛ = ФАЗА + «ДЕФЕКТЫ»




Упорядоченные структуры


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.


Ассоциаты наночастиц


Деламинирование при интеркаляции– деинтеркаляции (шпинели)


Структура гибридных ксерогелей


Тубулярные структуры


Встраивание частицы в рельеф


Неравновесные системы


Упорядочение/ячейки


Ячейки Беннара

Вид сверху Строение


Реакция Белоусова-Жаботинского

«Химические часы» -тонкий слой - волны


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).


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?


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.

Documents

Формированиесистемыинновационного ...old.fnm.msu.ru/documents/16/1intro.pdf · 2006-12-23 · Лекция1. Введение 2 Составляющиекурса