авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

УМО для подготовки кадров по программам высшего профессионального

образования для тематического направления ННС

«Композитные наноматериалы»

Приложение к отчету по исполнению второго этапа Государственного контракта

№ П770 от 14 ноября 2008 г.

Комплект 2

Том 5 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ БАКАЛАВРОВ «Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов»

2009 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС дисциплины «Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов»

профессионального цикла (вариативная часть) для подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы»

СОДЕРЖАНИЕ Пояснительная записка……………………………………………………………………….

1. Учебно-методический план дисциплины…………………………………………………… 2. Рабочая программа дисциплины……………………………………………………………..

3. План лекционных занятий…………………………………………………………………… 4. План семинарских занятий…………………………………………………………………...

5. План лабораторных занятий………………………………………………………………… 6. Примерные темы курсовых работ (рефератов)……………………………………………..

7. Вопросы для самостоятельного изучения…………………………………………………..

8. Контрольные вопросы по курсу в целом…………………………………………………….

9. 10. Тестовые материалы (используемые, в том числе) в рейтинговой системе……………… 11. Список рекомендуемой литературы и электронных ресурсов…………………………….. 12. Методические рекомендации по изучению дисциплины и организации самостоятельной работы студентов…………………………………….….. 13. Методические рекомендации по выполнению курсовых работ (рефератов)…………….. 14. Методические рекомендации для преподавателей………………………………………… 15. Информационные технологии, используемые при изучении дисциплины и при организации самостоятельной работы студентов…………………..… 16. Текст лекций дисциплины……………………..……………………………..……………… 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к учебно-методическому комплексу дисциплины «УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Учебно-методический комплекс дисциплины "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" составлен в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным планом подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Выписка из Государственного Образовательного Стандарта Всего Индекс Наименование дисциплин и их основные разделы часов Б.3 Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов:

Основы науки об углеродных наномодификаторах.

Основы технологии композитных материалов, современное состояние в области синтеза углеродных нанокластеров.

Экономические ограничения в применении углеродных нанокластеров.

Цели и задачи курса По своему содержанию и идейной направленности курс "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" сочетает в себе основные характеристики специальной учебной дисциплины и, одновременно, соответствует принципам профессиональной подготовки по направлению 210600 «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». Курс "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" относится к дисциплинам специальной подготовки бакалавров соответствующих направлений и специализаций подготовки.

Углеродные нанокластеры различных видов (фуллерены, фуллероиды, углеродные нанотрубки и др.) являются важнейшим и наиболее изученным классом наноразмерных структур.

Применение их в качестве наномодификаторов в технологии композитных материалов охватывает различные прикладные области.

Включение данного курса в программу специальных дисциплин бакалавриата с профилем подготовки «Композитные наноматериалы» дает возможность уже в процессе обучения первого уровня дать базовые и специальные представления не только о рассматриваемом классе нанокомпозитных материалов (модифицированных углеродными нанокластерами), но и получить достаточно общие представления о получении, свойствах и основах технологии нанокомпозитов.

Дисциплина "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" изучает как общие физико-химические принципы и закономерности процессов синтеза нанокластерных структур и их взаимодействия в сложных гетерогенных системах (композитных материалах), так и конкретные виды нанокластерных углеродных структур (фуллерены, фуллероиды, углеродные нанотрубки и нановолокна и др.), основы их технологии и технологии соответствующих типов наномодифицированных композитных материалов, используемых в различных отраслях промышленности – химической, строительной, электронной, биологической, медицинской и др.

Опираясь на приложения общих физико-химических законов и закономерностей к технологическим процессам синтеза тех или иных видов углеродных нанокластерных структур и наномодифицированных композитных материалов и целиком базируясь на физической, неорганической, органической, аналитической химии, химии и физики материалов, курс "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" во многом определяет основу и развитие различных направлений применения углеродных нанокластеров в современных технологиях и нанотехнологиях, исследования и разработки новых типов углеродных наноноструктур и наномодификаторов, изучения различных по природе физико-химических процессов взаимодействия компонентов при синтезе композитных и ненокомпозитных материалов и др.

В данном курсе излагаются различные по структуре и характеру взаимодействия с основой композита (матрицей, наполнителем) нанокластерные углеродные материалы, способы и технологические особенности их получения, их физико-химические и эксплуатационные свойства, возможности технологий модификации и наномодификации композитных материалов вообще и углеродными нанокластерными материалами, в частности, основополагающие принципы создания наномодифицированных композитных материалов, их приложение для углеродных наномодификаторов, возможности и перспективы применения различных видов нанокластерных углеродных структур и соответствующих модифицированных композитных материалов и др.

Рассматривается структура и свойства синтезируемых наномодифицированных композитных материалов, роль и функции компонентов основы композита (матрицы, наполнителя), целевых добавок, модификаторов. Изучаются основные типы матриц (полимерные, неорганические, бетоны, сплавы металлов и др.), наполнителей, наномодификаторов, используемых в наномодифицировнных углеродными кластерами композитных материалах, методы модификации основы композита. Исследуются взаимное влияние компонентов в углеродных наномодифицированных композитных материалах, соответствующие межфазные эффекты, особенности химической связи в нанокомпозитных материалах, методы многоступенчатого синтеза таких материалов, методы диспергирования углеродных наночастиц в полимерные матрицы различных типов, методы нанокарбонизации для неорганических композитных материалов и др. Изучается природа, процесс и методы формирования модифицированного композиционного материала. Рассмотрены основные экспериментальные методы исследования структуры, физико-химических и физико-механических (эксплуатационных) свойств нанокомпозитов, их возможности при изучении модифицированных различными углеродными наноструктурами композитных материалов.

В курсе "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" на основе классификации структуры и свойств нанокластеров углерода и композитных материалов, рассмотрены основные требования к углеродным наномодификаторам, способы получения, методы и особенности модификации основы композита углеродными наноструктурами. Изучены основные классы наноуглеродных структур, модифицированных этими структурами композитных материалов, а также соответствующих процессов синтеза и модификации, их параметры, эффективность, принципы и механизмы протекающих технологических процессов.

При изучении курса широко используются теоретические представления, экспериментальные методы, модельный, расчетный, математический аппарат физики и химии.

Поэтому появляются возможности для достаточно корректного математического описания, расчета и предсказания протекания изучаемых процессов синтеза и модификации материалов, для обоснованного и целенаправленного управления отдельными стадиями и технологическим процессом, синтезом новых перспективных углеродных наноструктур и соответствующих наномодифицированных композитных материалов.

Широкое применение современной компьютерной техники, баз и банков данных физико химических характеристик веществ, определяющих состав и свойства нанокомпозитных материалов и процессов, дает возможность моделировать как процессы (технологии) синтеза наноматериалов (углеродные нанокластерные структуры), так и процессы (технологии) модификации ими сложных композитных материалов (с учетом возможного разнообразия технологических условий синтеза) и, как следствие, выбирать наиболее оптимальные с экономической и технологической точек зрения материалы и процессы, разрабатывать наиболее эффективные и экономичные технологии модификации, синтезировать наномодифицированные углеродными кластерами композитные материалы с заданными целевыми свойствами (физико химическими, физико-механическими и др.).

Изучение дисциплины "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" преследует две основных цели:

– Формирование строгого научного мировоззрения специалиста химика-технолога, владеющего знаниями в области теории и методов процессов синтеза наноструктурированных, композитных и модифицированных углеродными нанокластерами материалов;

– Овладение навыками применения теоретических, экспериментальных и расчетных методов к решению практических вопросов синтеза углеродных наноструктурированных материалов, химической технологии наномодификации ими композитных материалов, созданию современных углеродных наномодифицированных материалов.

Таким образом, знание курса "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" дает возможность обоснованно и эффективно управлять физико-химическими и технологическими процессами при разработке и использовании углеродных наномодифицированных композитных материалов, т.е. дает теоретическую основу и определяет методологический базис для практической деятельности подготовленного специалиста.

Дисциплина "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" использует фундаментальные законы физики и химии, в нем широко применяется математический аппарат. По этой причине данный курс требует предварительной подготовки студентов по таким дисциплинам как общая, неорганическая, органическая, физическая, коллоидная и основы аналитической химии, а также по физике (агрегатные состояния вещества, физика твердого тела, молекулярно-кинетическиая теория, начала термодинамики, энтропия, основы квантовой и волновой механики, основы спектроскопии и др.) и по математике (дифференциальное и интегральное исчисления, дифференциальные уравнения и др.).

УМКД "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" по профилю подготовки «Композитные наноматериалы» также соответствует требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по направлению подготовки 511700 (020900 ОКСО) «Химия, физика и механика материалов» и рекомендуется для обучения в рамках данного направления (уровень подготовки «бакалавр»).

Требования к уровню освоения учебной дисциплины В результате изучения данного курса студент будет:

– иметь представление:

об общих физико-химических принципах и закономерностях процессов синтеза углеродных нанокластерных структур, наномодификации ими композитных материалов, об общих характеристиках модифицированных нанокомпозитных материалов в целом и нанокарбонизированных, в частности, о различных классах углеродных наноструктурированных материалов и соответствующих наномодифицированных композитных материалов, используемых в различных отраслях промышленности, о природе физико-химических процессов, лежащих в основе существующих технологий композитных материалов с углеродными наномодификаторами;

– знать:

ключевые характеристики и особенности основных технологических процессов синтеза углеродных нанокластеров различных типов, возможности технологий синтеза и наномодификации, принципы создания нанокарбонированных композитных материалов;

структуры нанокластерных углеродных объектов и наномодифицированных композитных материалов;

роль и функции наноразмерных модификаторов, наполнителей, матрицы, целевых добавок;

основные классы и виды матриц, наполнителей, наномодификаторов, целевых добавок, используемых в углеродных наномодифицированных композитных материалах;

соответствующие методы наномодификации основы композита;

о взаимном влиянии компонентов нанокомпозитных материалов (модифицированных углеродными нанокластерами) и соответствующих межфазных эффектах;

особенности химической связи в нанокомпозитных материалах, методы многоступенчатого синтеза материала, методы диспергирования наночастиц в полимерные матрицы различных типов и другие методы модификации, процесс и методы формирования композиционного материала;

основные экспериментальные методы исследования структуры, физико-химических и механических (эксплуатационных) свойств нанокомпозитов.

– уметь:

проводить эксперименты по исследованию физико-химических свойств углеродных наноструктурированных материалов различных видов и наномодифицированных ими композитных материалов, по реализации технологий синтеза и модификации, изучению целевых (эксплуатационных) свойств наномодифицированных углеродных композитов;

анализировать: процессы, происходящие при формировании (синтезе) наноструктурированного углеродного материала и при углеродной наномодификации композитного материала;

особенности и закономерности физико-химических процессов, протекающих в технологических условиях синтеза (углеродного нанокластера) и наномодификации (композитного материала) - для различных по природе и назначению процессов и композитных материалов;

проводить расчеты: процессов, лежащих в основе различных технологий получения нанокластеров углерода – плазменно-дуговых, газофазного осаждения, пиролитических, химических и др.;

по влиянию физико-химических и технологических параметров (температуры, давления, природы материала и др.) на физико-химические и физико-технические характеристики материала;

структурных параметров углеродных нанокластеров различных видов и наномодифицированных композитов, используя модельные представления о процессах взаимодействия;

овладеть навыками: применения основных экспериментальных, модельных и расчетных методов исследования физико-химических, технологических и физико-механических (эксплуатационных) свойств углеродных нанокластеров и нанокарбонизированных композитных материалов, процессов синтеза и наномодификации;

применения общих теоретических физико химических законов и закономерностей к решению практических вопросов химической технологии нанокомпозитных материалов и процессов, созданию новых нанокомпозитных материалов (в том числе при использовании углеродных наномодификаторов с различными структурами).

Формы контроля:

Систематическое (не менее 3-4 раз в семестр) проведение лекционного контроля, защита индивидуальных заданий, защита курсовой работы, общий зачет по курсу.

Оперативный контроль Оперативный контроль проводится с целью отслеживания и необходимой корректировки качества усвоения материала по всем предусмотренным учебным планом видам занятий студентов (лекционных и самостоятельных). В соответствии с текущим материалом лекционного материала оперативный контроль осуществляется в фронтальной форме – по лекционному курсу, в письменном виде 3-4 раза в семестр. При этом используются контрольные вопросы и задания (качественные и несложные количественные), тесты – как непосредственно представленные в лекционном курсе, так и призванные контролировать эффективность самостоятельной работы студентов.

Рубежный контроль В течение семестра студенты, руководствуясь учебно-методическим планом, подготавливают решения и ответы на контрольные вопросы и задания по каждой из указанных тем образовательной программы курса в соответствии с заданными темами индивидуальных заданий. Студентами выполняются и защищаются индивидуальные задания, а также выбирается, в соответствии с учебной программой, тема, выполняется и защищается курсовая работа.

Итоговый контроль по курсу Для контроля усвоения в целом курса "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" учебным планом предусмотрен один зачет. Зачет охватывает материал лекционных занятий, тематику индивидуальных заданий, а также материал самостоятельной работы студентов по данной дисциплине, включая подготовку и защиту курсовой работы.

Контрольные пункты проверки знаний 1.1. Защита индивидуального задания по методам получения и основам технологии нанокластеров углерода (фуллерены, углеродные нанотрубки и нановолокна и др.).

1.2. Защита индивидуального задания по исследованию, моделированию и и расчету свойств углеродных нанокластерных структур и наномодифицированных композитных материалов.

1.3. Защита индивидуального задания по основам технологии применения углеродных нанокластеров в композиционных материалах.

1.4. Выполнение и защита курсовой работы.

1.5. Общий зачет по всему курсу "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов".

2. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" Виды учебных занятий, их объем и формы итогового контроля представлены в таблице 1.

Таблица Трудоемкость Виды учебных занятий (час.) Аудиторные занятия Лекции Семинарские занятия Самостоятельная работа Подготовка к коллоквиумам Выполнение индивидуальных заданий Подготовка к контрольным работам Выполнение курсовой работы Подготовка к зачету Подготовка к экзамену Дисциплина в целом Формы итогового контроля 1 зачет Учебно-тематический план учебной дисциплины представлен в таблице 2.

Таблица К-во аудиторных Кол-во часов Всего Темы учебной дисциплины часов часов Практ. сам.раб Лекции занят.

РАЗДЕЛ I. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ УГЛЕРОДА (Всего – 12 час. Лекции – 6 час. Самост. раб. – 6 час.) Тема 1. Введение. Углеродные нанокластеры. Классификация и история открытий. Наноалмазы и нанографит.

Фуллерены и нанотрубки. – 2 1 Фуллереноподобные нанокластеры.

Тубулены и онионы. Астралены.

Аморфные углеродные наноструктуры.

Тема 2. Плазменно-дуговые технологии синтеза фуллеренов, нанотрубок, тубуленов, онионов и астраленов. – 4 2 Газофазные методы синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон.

Тема 3. Пиролитические методы синтеза нанотрубок и нановолокон. Химические – 3 1,5 1, методы синтеза углеродных нанокластеров.

Тема 4. Природные источники углеродных нанокластеров. Основные способы – 3 1,5 1, переработки природного сырья.

К-во аудиторных Кол-во часов Всего Темы учебной дисциплины часов часов Практ. сам.раб Лекции занят.

РАЗДЕЛ II. СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ (Всего – 18 час. Лекции – 9 час. Самост. раб. – 9 час.) Тема 5. Физико-механические, электрофизические, теплофизические и оптические свойства углеродных нанокластеров. Углеродные нанокластеры – 3 1,5 1, – проводники, диэлектрики, широкозонные и узкозонные полупроводники.

Тема 6 Аномальные теплофизические свойства наноалмазов. Аномальная механическая прочность астраленов.

Анизотропия электропроводности графита. – 3 1,5 1, Нелинейно-оптические свойства фуллеренов и астраленов. Нелинейно электрофизические свойства астраленов.

Тема 7 Особенности электрического и электромагнитного взаимодействия различных углеродных наноструктур.

– 3 1,5 1, Топология наночастицы как фактор сверхмощного электрического взаимодействия.

Тема 8 Квантовохимическое моделирование углеродных – 3 1,5 1, нанокластеров.

Тема 9 Основные химические свойства – 3 1,5 1, углеродных нанокластеров. Различия в К-во аудиторных Кол-во часов Всего Темы учебной дисциплины часов часов Практ. сам.раб Лекции занят.

протекании окислительно восстановительных реакций.

Тема 10 Свойства углеродных нанокластеров, как катализаторов химических реакций. Полимерные – 3 1,5 1, соединения на основе углеродных нанокластеров.

РАЗДЕЛ III. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ (Всего – 14 час. Лекции – 7 час. Самост. раб. – 7 час.) Тема 11. Экономические ограничения в применении углеродных нанокластеров.

Катализаторы промышленного назначения – 4 2 на основе углеродных нанокластеров.

Возможность замены благородных металлов.

Тема 12. Стабилизаторы и консерванты материалов на основе углеродных нанокластеров. Фотопротекторы и – 3 1,5 1, радиопротекторы на основе углеродных нанокластеров.

Тема 13. Модификаторы межфазных границ в композиционных материалах, в слоистых пластиках и в наполненных – 4 2 полимерах на основе углеродных нанокластеров.

К-во аудиторных Кол-во часов Всего Темы учебной дисциплины часов часов Практ. сам.раб Лекции занят.

Тема 14. Ограничители (лимитеры) мощных световых (лазерных) пучков на основе нанокластеров углерода.

– 3 1,5 1, Компоненты электронных приборов сверхвысокого быстродействия на основе углеродных нанокластеров.

РАЗДЕЛ IV. ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ (Всего – 20 час. Лекции – 10 час. Самост. раб. – 10 час.) Тема 15. Углеродные нанокластеры, как средство модификации наполнителей.

– 3 1,5 1, Технологии диспергации, основные виды оборудования.

Тема 16. Модификация полимерных матриц на основе эпоксидиановых, эпоксифенольных и полиэфирных смол, их – 3 1,5 1, сополимеров и полиуретанов.

Модификация термопластов.

Тема 17. Технологии применения углеродных нанокластеров в – 2 1 неорганических композитах.

Тема 18. Технология введения функционализированных углеродных нанокластеров и низкотемпературная – 3 1,5 1, карбонизация при получении высоконаполненных углерод-углеродных композитов.

К-во аудиторных Кол-во часов Всего Темы учебной дисциплины часов часов Практ. сам.раб Лекции занят.

Тема 19. Направленная кристаллизация в низкоэнергетических процессах.

Управление тиксотропностью в жидких – 3 1,5 1, гетерогенных системах. Модификация цементных бетонов и химических добавок к ним.

Тема 20. Технологии применения углеродных нанокластеров в сплавах цветных металлов. Модификация – 3 1,5 1, металлических порошков и безвакуумное обескислороживание медных сплавов.

Тема 21. Модификация межзеренных зазоров и повышение текучести расплавов металлов и сплавов. Пластическая – 3 1,5 1, деформация модифицированных медных сплавов.

ВСЕГО – 64 32 3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" цикла профессиональных дисциплин для подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнологии»

Лекции 32 час. Зачет Самостоятельная подготовка, 32 час. Курсовая работа в том числе – курсовая работа 20 час.

Всего 64 час.

Рабочая учебная программа дисциплины "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным планом подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин (вариативная часть).

3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" 3.1. Введение Углеродные нанокластеры. Классификация и история открытий. Наноалмазы и нанографит. Фуллерены и нанотрубки. Фуллереноподобные нанокластеры. Тубулены и онионы.

Астралены. Аморфные углеродные наноструктуры.

3.2. Способы получения нанокластеров углерода.

Плазменно-дуговые технологии синтеза фуллеренов, нанотрубок, тубуленов, онионов и астраленов.

Газофазные методы синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон.

Пиролитические методы синтеза нанотрубок и нановолокон.

Химические методы синтеза углеродных нанокластеров.

Природные источники углеродных нанокластеров. Основные способы переработки природного сырья.

3.3. Свойства углеродных нанокластеров.

Физико-механические, электрофизические, теплофизические и оптические свойства углеродных нанокластеров. Углеродные нанокластеры – проводники, диэлектрики, широкозонные и узкозонные полупроводники. Аномальные теплофизические свойства наноалмазов. Аномальная механическая прочность астраленов. Анизотропия электропроводности графита. Нелинейно оптические свойства фуллеренов и астраленов. Нелинейно-электрофизические свойства астраленов.

Особенности электрического и электромагнитного взаимодействия различных углеродных наноструктур. Топология наночастицы как фактор сверхмощного электрического взаимодействия.

Квантовохимическое моделирование углеродных нанокластеров Основные химические свойства углеродных нанокластеров. Различия в протекании окислительно-восстановительных реакций.

Свойства углеродных нанокластеров, как катализаторов химических реакций.

Полимерные соединения на основе углеродных нанокластеров.

3.4. Основные направления применения углеродных нанокластеров.

Экономические ограничения в применении углеродных нанокластеров.

Катализаторы промышленного назначения на основе углеродных нанокластеров. Возможность замены благородных металлов.

Стабилизаторы и консерванты материалов на основе углеродных нанокластеров.

Фотопротекторы и радиопротекторы на основе углеродных нанокластеров.

Модификаторы межфазных границ в композиционных материалах, в слоистых пластиках и в наполненных полимерах на основе углеродных нанокластеров.

Ограничители (лимитеры) мощных световых (лазерных) пучков на основе нанокластеров углерода.

Компоненты электронных приборов сверхвысокого быстродействия на основе углеродных нанокластеров.

3.5. Технологии применения углеродных нанокластеров в композиционных материалах Углеродные нанокластеры, как средство модификации наполнителей. Технологии диспергации, основные виды оборудования. Модификация полимерных матриц на основе эпоксидиановых, эпоксифенольных и полиэфирных смол, их сополимеров и полиуретанов.

Модификация термопластов.

Технологии применения углеродных нанокластеров в неорганических композитах. Технология введения функционализированных углеродных нанокластеров и низкотемпературная карбонизация при получении высоконаполненных углерод-углеродных композитов. Направленная кристаллизация в низкоэнергетических процессах. Управление тиксотропностью в жидких гетерогенных системах. Модификация цементных бетонов и химических добавок к ним.

Технологии применения углеродных нанокластеров в сплавах цветных металлов.

Модификация металлических порошков и безвакуумное обескислороживание медных сплавов.

Модификация межзеренных зазоров и повышение текучести расплавов металлов и сплавов.

Пластическая деформация модифицированных медных сплавов.

4. ПЛАН ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ - Введение: Углеродные нанокластеры. Классификация и история открытий. Наноалмазы и нанографит. Фуллерены и нанотрубки. Фуллереноподобные нанокластеры. Тубулены и онионы.

Астралены. Аморфные углеродные наноструктуры.

- Способы получения нанокластеров углерода. Плазменно-дуговые технологии синтеза фуллеренов, нанотрубок, тубуленов, онионов и астраленов. Газофазные методы синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон. Пиролитические методы синтеза нанотрубок и нановолокон. Химические методы синтеза углеродных нанокластеров. Природные источники углеродных нанокластеров. Основные способы переработки природного сырья.

- Свойства углеродных нанокластеров. Физико-механические, электрофизические, теплофизические и оптические свойства углеродных нанокластеров. Углеродные нанокластеры – проводники, диэлектрики, широкозонные и узкозонные полупроводники. Аномальные теплофизические свойства наноалмазов. Аномальная механическая прочность астраленов.

Анизотропия электропроводности графита. Нелинейно-оптические свойства фуллеренов и астраленов. Нелинейно-электрофизические свойства астраленов. Особенности электрического и электромагнитного взаимодействия различных углеродных наноструктур. Топология наночастицы как фактор сверхмощного электрического взаимодействия. Квантовохимическое моделирование углеродных нанокластеров. Основные химические свойства углеродных нанокластеров. Различия в протекании окислительно-восстановительных реакций. Свойства углеродных нанокластеров, как катализаторов химических реакций. Полимерные соединения на основе углеродных нанокластеров.

- Основные направления применения углеродных нанокластеров. Экономические ограничения в применении углеродных нанокластеров. Катализаторы промышленного назначения на основе углеродных нанокластеров. Возможность замены благородных металлов.

Стабилизаторы и консерванты материалов на основе углеродных нанокластеров. Фотопротекторы и радиопротекторы на основе углеродных нанокластеров. Модификаторы межфазных границ в композиционных материалах, в слоистых пластиках и в наполненных полимерах на основе углеродных нанокластеров. Ограничители (лимитеры) мощных световых (лазерных) пучков на основе нанокластеров углерода. Компоненты электронных приборов сверхвысокого быстродействия на основе углеродных нанокластеров.

- Технологии применения углеродных нанокластеров в композиционных материалах.

Углеродные нанокластеры, как средство модификации наполнителей. Технологии диспергации, основные виды оборудования. Модификация полимерных матриц на основе эпоксидиановых, эпоксифенольных и полиэфирных смол, их сополимеров и полиуретанов. Модификация термопластов. Технологии применения углеродных нанокластеров в неорганических композитах.

Технология введения функционализированных углеродных нанокластеров и низкотемпературная карбонизация при получении высоконаполненных углерод-углеродных композитов. Направленная кристаллизация в низкоэнергетических процессах. Управление тиксотропностью в жидких гетерогенных системах. Модификация цементных бетонов и химических добавок к ним.

Технологии применения углеродных нанокластеров в сплавах цветных металлов. Модификация металлических порошков и безвакуумное обескислороживание медных сплавов. Модификация межзеренных зазоров и повышение текучести расплавов металлов и сплавов. Пластическая деформация модифицированных медных сплавов.

5. ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРСКИХ) ЗАНЯТИЙ Проведение практических занятий по учебному плану не предусмотрено.

6. ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ Выполнение лабораторных работ по учебному плану не предусмотрено.

7. ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ Примерные темы курсовых работ представлены в таблице 3.

Таблица Примерные темы курсовых работ По разделу "Способы получения нанокластеров углерода" Сравнительная эффективность применения плазменно-дуговых технологий синтеза в производстве наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, тубуленов, онионов, астраленов и др.).

Возможности и сравнительная эффективность применения газофазных технологий синтеза в производстве наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, фуллероидных структур и др.).

Теоретические основы и применимость использования пиролитических методов синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон различной сложности.

Классификация, сферы применения и эффективность химических методов синтеза наноструктурированных углеродных материалов.

Области применения и сравнительная эффективность различных методов и технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов.

По разделу "Свойства углеродных нанокластеров" Принципы взаимосвязи структуры и свойств наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, астраленов и др.) Влияние степени дисперсности материала на основные его физико-химические и физико-механические свойства (на примере углеродных нанокластеров различных видов).

Влияние структуры нанокластера на основные физико-химические и физико Примерные темы курсовых работ механические свойства материала (на примере углеродных наноматериалов различной структуры).

Исследование и сравнительный анализ структуры и свойств фуллеренов различной сложности.

Изучение различных фуллероидных структур и их взаимосвязи с физико-химическими и эксплуатационными (физико-механическими) свойствами.

Исследование характерных особенностей различных свойств (физико-химических, физико-механических, электрофизических, теплофизических, оптических и др.) наноструктурированных углеродных материалов различных видов.

Эффективность, возможности и ограничения.квантовохимический подход к моделированию углеродных нанокластеров.

Влияние структурированности (кластеризации) вещества на его химические свойства (на примере углеродных нанокластеров различных видов).

Исследование возможностей использования углеродных нанокластеров различных видов в качестве катализаторов химических реакций.

По разделу "Основные направления применения углеродных нанокластеров" Исследование сравнительной эффективности, применимости и взаимозаменяемости благородных металлов и наноструктурированных углеродных материалов в качестве промышленных каталитизаторов.

Эффективность и перспективы использования наноструктурированных углеродных материалов в качестве основы стабилизаторов и консервантов материалов.

Анализ применимости и эффективности углеродных нанокластеров в качестве защитной основы в физике и технике (для фотопротекторов, радиопротекторов и др.).

Сравнительный анализ методов моделирования и расчета влияния углеродных наномодифицирующих добавок на физико-химические и эксплуатационные (физико механические) свойства межфазной области и модифицируемого материала в целом.

Практическое применение модификаторов межфазных границ на основе углеродных нанокластеров в различных материалах (композиционных, слоистых пластиках, наполненных полимерах и др.) Примерные темы курсовых работ По разделу "Технологии применения углеродных нанокластеров в композиционных материалах" Исследование и сравнительный анализ эффективности углеродных нанокластеров различных видов (фуллеренов, фуллероидов, углеродных нанотрубок и нановолкон, астраленов и др.) как средств модификации наполнителей композитных материалов.

Физико-химические основы и особенности существующих технологий диспергации.

Возможности их реализации при использовании углеродных наномодификаторов.

Анализ методов и эффективности модификации полимерных матриц (на основе различных смол, их сополимеров и др.) композитных материалов, термопластов и др.

углеродными нанокластерами.

Анализ методов и эффективности технологий применения углеродных нанокластеров в неорганических композитах различных классов.

Физико-химические основы технологии низкотемпературной карбонизации при получении высоконаполненных углерод-углеродных композитов.

Физико-химический анализ и характерные особенности направленной кристаллизации в низкоэнергетических процессах модификации композитных материалов наноструктурированными углеродными материалами.

Возможности использования технологий углеродной наномодификации материалов в строительной индустрии (модификация цементов, бетонов, химических добавок и др.) Эффективность и возможности нанотехнологий модифицирования углеродными нанокластерами металлических материалов (сплавов цветных металлов, металлических порошков и др.)..

8. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ Вопросы для самостоятельного изучения представлены в таблице 4.

Таблица Вопросы для самостоятельного изучения По разделу "Способы получения нанокластеров углерода" Расчет параметров процессов и условий реализации плазменно-дуговых технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, астраленов и др.) Расчет параметров процессов и условий реализации газофазных технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, астраленов и др.) Расчет параметров процессов и условий реализации пиролитических технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, астраленов и др.) Расчет параметров процессов и условий реализации химических методов и технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов различных видов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, астраленов и др.) По разделу "Свойства углеродных нанокластеров" Модельный расчет физико-механических свойств углеродного нанокластера заданного типа и сложности (фуллерен Сх, одно-, двух-, многослойная углеродная нанотрубка и др.).

Анализ и сравнение с результатами экспериментальных исследований.

Модельный расчет электрофизических свойств углеродного нанокластера заданного типа и сложности (фуллерен Сх, одно-, двух-, многослойная углеродная нанотрубка и др.). Анализ и сравнение с результатами экспериментальных исследований.

Модельный расчет теплофизических свойств углеродного нанокластера заданного типа и сложности (фуллерен Сх, одно-, двух-, многослойная углеродная нанотрубка и др.). Анализ и сравнение с результатами экспериментальных исследований.

Модельный расчет оптических свойств углеродного нанокластера заданного типа и сложности (фуллерен Сх, одно-, двух-, многослойная углеродная нанотрубка и др.). Анализ и сравнение с результатами экспериментальных исследований.

Квантовохимическое моделирование и расчет углеродного нанокластера заданной Вопросы для самостоятельного изучения структуры.

Анализ химических свойств нанокластеров различных типов на основе результатов экспериментальных исследований.

Расчет каталитических характеристик углеродных нанокластеров заданной структуры на основе модельных представлений. Сравнение с результатами экспериментальных исследований.

По разделу "Технологии применения углеродных нанокластеров в композиционных материалах" Анализ экспериментальных данных по влиянию содержания углеродных наномодифицирующих добавок на физико-химические и эксплуатационные (физико механические) свойства межфазной области.

Расчет процесса диспергации углеродных нанокластеров как средства модификации наполнителей композитных материалов различных видов.

Влияние содержания углеродного наномодификатора на различные физико-химические и эксплуатационные (физико-механические) свойства композиционного материала (по данным экспериментальных исследований).

Расчет процессов направленной кристаллизации при наномодификации композитных материалов наноструктурированными углеродными маткериалами.

Расчет и анализ технологического процесса применения углеродных нанокластеров для модификации цементных бетонов и химических добавок к ним.

Расчет и анализ технологического процесса применения углеродных нанокластеров для модификации сплавов цветных металлов.

Расчет влияния углеродной наномодифицирующей добавки (того или иного вида) на пластические деформации модифицированных сплавов, характеристики текучести расплавов металлов.

9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ В ЦЕЛОМ "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" I. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ УГЛЕРОДА 1. Понятие кластерной структуры. Углеродные нанокластеры. Принципы структурной классификации углеродных нанокластеров 2. Основные виды наноструктурированных углеродных материалов (синтезированных и природных).

3. Наноалмазы и нанографит. Фуллерены. Углеродные нанотрубки и нановолокна. Их общность и различия.

4. Фуллереноподобные нанокластерные структуры. Тубулены и онионы. Астралены.

Аморфные углеродные наноструктуры.

5. Общие и специфические характеристики углеродных наноструктур, взаимосвязь их с основными физическими свойствами.

6. Особенности и сферы применения наноструктурированных углеродных материалов в химической, строительной, электронной, биологической, медицинской промышленности.

7. Общие принципы и характерные особенности плазменно-дуговых технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов.

8. Возможности использования плазменно-дуговых технологий синтеза в производстве фуллеренов, углеродных нанотрубок и нановолокон, тубуленов, онионов, астраленов.

9. Расчетный аппарат применения плазменно-дуговых технологий синтеза наноструктурированных углеродных материалов, его эффективность и применимость.

10. Принципы и реализация газофазных методов синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон.

11. Количественное описание метода газофазного синтеза углеродных наноструктурированных материалов.

12. Условия применения и возможности пиролитических методов синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон.

13. Расчет пиролитического процесса синтеза наноструктурированных углеродных материалов.

14. Различные типы химических методов синтеза наноструктурированных углеродных материалов, специфика их использования.

15. Возможности, применимость и расчетный аппарат химических методов синтеза наноструктурированных углеродных материалов.

16. Природные материалы как источники углеродных нанокластеров, их классификация.

17. Основные способы переработки природного сырья, их применимость к различным природным материалам.

II. СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ 18. Характерные особенности физико-химических и физико-механических свойств наноструктурированных углеродных материалов различных видов.

19. Характерные особенности электрофизических, теплофизических и оптических свойств наноструктурированных углеродных материалов различных видов.

20. Электрические свойства углеродные нанокластеров – проводников, диэлектриков, широкозонных и узкозонных полупроводников.

21. Аномальные теплофизические свойства наноалмазов. Взаимосвязь их со структурными особенностями материала.

22. Аномальная механическая прочность астраленов. Взаимосвязь с электронным строением.

23. Анизотропия электропроводности графита. Возможности практического применения.

24. Нелинейно-оптические свойства фуллеренов и астраленов. Возможности применения и их реализация.

25. Нелинейно-электрофизические свойства астраленов. Возможности применения и их реализация.

26. Закономерности и особенности электрического и электромагнитного взаимодействия различных углеродных наноструктур.

27. Топологические особенности структуры наночастицы как фактор сверхмощного электрического взаимодействия.

28. Квантовохимический подход к моделированию углеродных нанокластеров, его возможности и ограничения.

29. Квантовохимическое моделирование и расчет наноструктурированных углеродных материалов различных типов.

30. Общие и специфические химические свойства углеродных нанокластеров различных видов.

31. Общность и различия в протекании окислительно-восстановительных реакций в наноструктурированных углеродных материалах.

32. Возможности и ограничения использования углеродных нанокластеров в качестве катализаторов химических реакций, взаимосвязь с физико-химическими свойствами.

33. Физико-химические и физико-технические свойства полимерных соединений на основе углеродных нанокластеров.

III. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ 34. Экономические аспекты и ограничения в применении наноструктурированных углеродных материалов.

35. Катализаторы промышленного назначения на основе углеродных нанокластеров, их применимость и эффективность.

36. Сравнительная эффективность каталитических характеристик и возможностей наноструктурированных углеродных материалов и благородных металлов.

37. Применимость и эффективность углеродных нанокластеров в качестве основы стабилизаторов и консервантов материалов.

38. Характеристики и возможности фотопротекторов и радиопротекторов на основе наноструктурированных углеродных материалов.

39. Возможности и ограничения использования углеродных нанокластеров как основы модификаторов межфазных границ различной природы.

40. Методы моделирования и расчета влияния углеродных наномодифицирующих добавок на физико-химические и эксплуатационные (физико-механические) свойства межфазной области и модифицируемого материала в целом.

41. Применение модификаторов межфазных границ на основе углеродных нанокластеров в композиционных материалах.

42. Применение модификаторов межфазных границ на основе углеродных нанокластеров в слоистых пластиках.

43. Применение модификаторов межфазных границ на основе углеродных нанокластеров в наполненных полимерах.

44. Использование нанокластеров углерода в качестве основы ограничителей мощных световых (лазерных) пучков.

45. Возможности применения наноструктурированных углеродных материалов в качестве основы компонентов электронных приборов сверхвысокого быстродействия.

IV. ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ 46. Углеродные нанокластеры различных видов (фуллерены, фуллероиды, углеродные нанотрубки и нановолкна и др.) как средство модификации наполнителей композита.

47. Физико-химическая основа и технологии диспергации, основные виды оборудования и материалов.

48. Условия и характерные особенности модификации полимерных матриц на основе эпоксидиановых, эпоксифенольных и полиэфирных смол, их сополимеров и полиуретанов.

49. Способы и возможности модификации термопластов наноструктурированными углеродными материалами.

50. Возможности и эффективность технологий применения углеродных нанокластеров в неорганических композитах.

51. Физико-химическая основа и применение технологии введения функционализированных углеродных нанокластеров.

52. Условия и параметры процесса низкотемпературной нанокарбонизации при получении высоконаполненных углерод-углеродных композитов.

53. Общее описание и характерные особенности направленной кристаллизации в низкоэнергетических процессах.

54. Общие и специальные методы управления тиксотропностью в жидких гетерогенных системах.

55. Методы и технологические особенности модификации цементных бетонов и химических добавок к ним.

56. Условия и характерные особенности технологий применения углеродных нанокластеров в сплавах цветных металлов.

57. Методы и основные технологии модификации металлических порошков наноструктурированными углеродными материалами.

58. Использование нанокластеров углерода как средства безвакуумного обескислороживания медных сплавов.

59. Эффективность модификации наноструктурированными углеродными материалами межзеренных зазоров как средства повышения текучести расплавов металлов и сплавов.

60. Влияние углеродного наномодифицирования медных сплавов на их пластическую деформацию.

10. ТЕСТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЕ по учебной дисциплине "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" Тестовые материалы по курсу не планируются.

11. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ (Учебно-методическое обеспечение курса) ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА Третьяков Ю.Д., Путляев В.И. Введение в химию твердофазных материалов. М.: изд-во 1.

МГУ, Наука. 2006.

Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я. Фуллерены: Учебное пособие для вузов.

2.

М.: Экзамен. Дьячков П. Н. Углеродные нанотрубки: строения, свойства, применения. М.: БИНОМ.

3.

Лаборатория знаний. 2006.

Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и 4.

наноматериалов. М.: КомКнига. 2006.

Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Нанотехнологии и специальные материалы. Учебник для 5.

вузов. СПб.: Химиздат, 2007.

Рыжонков Д. И., Лвина В. В., Дзидзигури Э. Л. Наноматериалы: учебное пособие. М.:

6.

БИНОМ. Лаборатория знаний. 2008.

Сергеев Г.Б. Нанохимия. 2-е изд-е. М.: Книжный дом Университет. 2007.

7.

Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию (пер. с япон.). 2-е изд. М.: БИНОМ. Лаборатория 8.

знаний. 2008. Харрис, П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века / П. Харрис. – М. Техносфера, 2003. – 336 с.

Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. Учебное пособие. М.: Логос. Университетская книга.

10.

2006.

Старостин В. В. Материалы и методы нанотехнологии : учебное пособие. М.: БИНОМ.

11.

Лаборатория знаний. 2008.

ОБЩАЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА Мелихов И. В.Физико-химическая эволюция твердого вещества. М.: БИНОМ. Лаборатория 1.

знаний. 2006.

Хартманн У. Очарование нанотехнологии. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006.

2.

Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера. 2007.

3.

Попов В.В., Саркисов П.Д., Шабанова Н.А. Химия и технология нанодисперсных оксидов.


4.

М.: Академкнига. 2007.

Кац Е.А. Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры. Родословная форм и идей.

5.

М.: ЛКИ. 2008.

Нанотехнологии. Азбука для всех. Под ред. акад. Ю.Д.Третьякова. М.: Физматлит. 2008.

6.

Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивости в самоорганизующихся системах и 7.

устройствах. М.: Мир, 1985.

Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.

8.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА К ОТДЕЛЬНЫМ РАЗДЕЛАМ КУРСА Люпис К. Химическая термодинамика материалов. М.: Металлургия. 1989.

1.

Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1988.

2.

3. Hudson J.B. Thermodynamics of Materials: A Classical and Statistical Synthesis. John Wiley & Sons, 1996.

Гречихин Л.И. Наночастицы и нанотехнологии. М.: Право и экономика. 2008.

4.

Ю Уинг Май, Жонг Жен Ю. Полимерные нанокомпозиты : М- Техносфера. 2008.

5.

Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника. Мировые достижения - 6.

год. М.: Техносфера. 2008.

СПРАВОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Справочник химика / Под ред. Б.П.Никольского: В 6 томах. - Л.: Химия, 1961-1968.

2. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А.Равделя, А.М.Пономаревой.

Л.: Химия, 2005.

ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ И УЧЕБНИКИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (Избранные источники) Третьяков Ю.Д., Гудилин Е.А., Кауль А.Р., Шевельков А.В. Современные функциональные 1.

материалы. Курс лекций. http://www.fnm.msu.ru/main.php?topic=12&show= Презентации к лекциям "Материалы: прошлое, настоящее, будущее" для студентов 1-го 2.

курса, Факультет наук о материалах МГУ. http://www.fnm.msu.ru/main.php?topic=10&show= Материалы сайта «Нанометр»: http://www.nanometer.ru/ 3.

12. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ Курс "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" для студентов химико-технологических направлений и специальностей является учебной дисциплиной, призванной обеспечить профессиональную подготовку по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». Курс "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" относится к дисциплинам специальной подготовки бакалавров соответствующих направлений и специализаций подготовки.

Курс "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" по профилю подготовки «Композитные наноматериалы» также соответствует требованиям ФГОС ВПО по направлению подготовки 511700 (020900 ОКСО) «Химия, физика и механика материалов» в классических университетах и рекомендуется для обучения в рамках данного направления классического университетского образования.

Дисциплина "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" изучает как общие физико-химические принципы и закономерности процессов синтеза нанокластерных структур и их взаимодействия в сложных гетерогенных системах (композитных материалах), так и конкретные виды нанокластерных углеродных структур (фуллерены, фуллероиды, углеродные нанотрубки и нановолокна и др.), основы их технологии и технологии соответствующих типов наномодифицированных композитных материалов, используемых в различных отраслях промышленности – химической, строительной, электронной, биологической, медицинской и др.

Методические рекомендации предназначены для самостоятельной работы студентов, идущей параллельно с лекционным курсом.

Особо следует остановиться на решении расчетных индивидуальных заданий для самостоятельной работы студентов. Их выполнение должно помочь глубже познать основные теоретические положения курса. В ряде случаев задания носят комплексный характер и оказываются логически связанными друг с другом. Это означает, что величины, полученные при выполнении данного задания, являются исходными данными для решения последующих задач.

Естественно, что при таком условии необходимо на каждом этапе быть убежденным в правильности выполнения предыдущего расчета. Это обеспечивается систематическим контролем результатов, позволяющим убедиться в правильности выполнения расчета или обнаружить место, в котором допущена ошибка.

Ряд используемых величин Вам необходимо находить в справочниках, для чего рекомендуются использовать широко распространенные издания. Например, среди физико химических справочников это "Краткий справочник физико-химических величин" под редакцией А.А.Равделя и А.М.Пономаревой (указан в списке литературы). В отдельных случаях Вам придется обратиться к "Справочнику химика" под редакцией Б.П.Никольского (также указан в списке литературы).

Для того чтобы найти необходимую Вам величину, откройте предметный указатель в конце справочника (он, как правило, имеется в любом справочнике) и найдите соответствующую таблицу, а в таблице – искомую величину. Обращайте внимание на единицы измерения величины, приведенной в справочнике. В тетрадь запишите величину, единицы измерения и страницу справочника, и, если нужно, том справочника, где была найдена искомая величина.

Решение каждого пункта задания доводите до конечного численного значения в тех единицах, которые указаны в тексте задания. При вычислениях пользуйтесь, где это необходимо, электронным калькулятором.

Все вычисления старайтесь оформить в виде таблиц. Это значительно ускорит процесс выполнения задания, поможет Вам найти величину, полученную в промежуточном расчете и необходимую для дальнейших вычислений.

Графики выполняйте на стандартных бланках миллиметровой бумаги размером 200х мм. Применение компьютера не снимает необходимости понимания того, как получены те или иные данные, иллюстративные материалы.

После окончания выполнения задания все величины, полученные Вами, запишите в виде таблицы против номера пункта задания. Укажите единицы измерения каждой величины. Запись ответов в виде таблицы ускорит проверку.

Если преподаватель в результате проверки указал на ошибку в том или ином пункте, доведите решение до получения правильного ответа. Это необходимо сделать до начала выполнения следующего задания, так как результаты многих расчетов часто несколько раз используются в качестве исходных данных.

Выполнение всех заданий поможет Вам приобрести навык работы со справочной литературой, выполнения графических решений, поможет лучше подготовиться к экзамену.

13. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВЫХ РАБОТ Курсовая работа выполняется учащимся по любой теме, принадлежащей одному из разделов: "Способы получения нанокластеров углерода", "Свойства углеродных нанокластеров", "Основные направления применения углеродных нанокластеров", "Технологии применения углеродных нанокластеров в композиционных материалах".

14. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ по учебной дисциплине "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" Важнейшей задачей преподавателей, ведущих занятия по дисциплине "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов", является выработка у студентов осознания важности, необходимости и полезности знания дисциплины как теоретической основы и комплекса практических знаний для дальнейшей работы их химиками-технологами, инженерами-исследователями, специалистами в области нанотехнологий, углеродных наноматериалов, процессов и технологий модификации композитных материалов, обеспечивающими создание новых материалов и технологий, функционирование современного производства, которое должно выпускать высококачественную, конкурентоспособную продукцию.

Методически преподавание дисциплины основано, в первую очередь, на применении активных методов обучения. Основными принципами организации учебного процесса являются:

- выбор методов преподавания, опираясь на содержание курса, но с учетом различных факторов, влияющих на организацию учебного процесса;

- активное участие слушателей в учебном процессе;

- активизация самостоятельной работы студентов, определяющей приобретение навыков решения стоящей задачи;

- приведение примеров применения изучаемого теоретического материала к реальным физико-химическим и технологическим системам и процессам.

Используемые методы преподавания: лекционные занятия с использованием наглядных пособий и раздаточных материалов;

использование современных компьютерных информационно коммуникационных технологий, Интернет-ресурсов.

С целью более эффективного усвоения студентами материала данной дисциплины рекомендуется при проведении самостоятельной работы студентов использовать современные технические средства обучения, наглядные пособия, раздаточные материалы, компьютерную технику (в форме презентаций, иллюстраций, графический материал).

Для более глубокого изучения предмета и подготовки ряда вопросов (тем) для самостоятельного изучения преподаватель предоставляет студентам необходимую информацию по разделам дисциплины для использования Интернет-ресурсов и готовых программных продуктов. На первом, вводном лекционном занятии при рассмотрении исторических сведений по дисциплине преподавателю необходимо уделить внимание принципиальным основам дисциплины, ее теоретической базы, роли и значимости предмета в современном естествознании и технологии, а также в решении экологических проблем и при создании новых наноматериалов, перспективных нанотехнологий, углеродных наномодификаторов, композитных материалов.

Содержание занятий определяется календарным тематическим планом, который в своей содержательной части должен учитывать интересы соответствующих направлений подготовки бакалавра.

При наличии академических задолженностей по практическим занятиям, связанных с их пропусками, преподаватель может выдать задание студенту в виде индивидуального задания или реферата по пропущенной теме занятия (лекции).

Для контроля знаний студентов по данной дисциплине необходимо проводить оперативный, рубежный и итоговый контроль.


Оперативный контроль осуществляется путем проведения устных и письменных опросов студентов в ходе изучения тем учебной дисциплины (3 раза в семестр), а также в виде сдачи коллоквиума, на который выносятся теоретические вопросы и результаты лабораторного практикума. В материалы письменных опросов студентов включаются и темы, предложенные им для самостоятельной подготовки. При проведении оперативного контроля используются также контрольные задачи, которые выдаются студентам на практических занятиях.

Рубежный контроль. Данная форма контроля осуществляется по окончании изучения определенных тем учебного плана (индивидуальные задания для самостоятельной работы) или в форме тестового задания, а также в конце семестра по контрольным вопросам по дисциплине (курсовая работа, зачет по данной дисциплине).

Контрольное тестирование включает в себя задания по всем темам раздела рабочей программы дисциплины. Вариант контрольного тестирования выдается непосредственно на занятии (лекции). В случае использования тестовой системы тесты следует готовить так (и информировать об этом студентов), чтобы они имели не только ровно один правильный ответ или (должны быть варианты как с несколькими правильными ответами, так и с полным отсутствием правильных среди всех предлагаемых вариант ответа).

Система оценок выполнения контрольного тестирования:

- «отлично» - количество правильных оценок более 80%;

- «хорошо» - от 67 до 80 процентов;

- «удовлетворительно» - от 50 до 67 процентов.

При составлении тестовой системы различных видов контроля следует использовать различные формы тестовых заданий. Это как закрытые тесты (среди ответов – один правильный), так и открытые (несколько правильных ответов), а также задания на соответствие и на установление правильной последовательности.

Итоговый контроль осуществляется сдачей зачета по всему курсу во время зачетной сессии. На экзамене студентам предлагается ответить на 3 вопроса и решить 1 задачу по материалам учебной дисциплины. Ответы на поставленные вопросы подготавливаются письменно, но сопровождаются устным комментарием;

там, где это допустимо, возможен вариант только устного ответа.

Учет особенностей обучения для данного уровня подготовки (бакалавры), а также для различных специальностей данного направления подготовки специалиста осуществляется в ходе реализации данной Программы и УМК по двум основным направлениям при проведении учебного процесса по всем видам занятий (лекционным, семинарским, самостоятельным):

– Путем смещения соответствующих (в каждом разделе учебной программы) акцентов при изложении фундаментальных физико-химических концепций, принципов, законов, лежащих в основе дисциплины "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" и учитывающих особенности как данного уровня подготовки (бакалавр), так и конкретную специальность данного направления;

– Путем учета (при овладении каждого раздела и темы учебной программы дисциплины) прикладной, предметной области, соответствующей данной конкретной специальности направления, а также требуемому уровню подготовки специалиста (бакалавр).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И РЕСУРСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ 15.

РАБОТЫ СТУДЕНТОВ по учебной дисциплине "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" На учебных кафедрах должны иметься соответствующие возможности для обеспечения требуемого использования электронных и Интернет-ресурсов при самостоятельной подготовке студентов, предусмотренной учебным планом:

1. Учебные пособия и методические материалы для подготовки специалистов различного уровня (бакалавров) и различных направлений.

2. Электронные пособия для подготовки к ряду лабораторных работ и семинарских (практических) занятий.

3. Комплекс лицензионных программных продуктов для подготовки студентов, использующий стандартные программные средства (например, ChemOffice 2004, MathCad, математический пакет SPSS и др.).

4. Общая схема работы с Интернет-ресурсами по заданным темам курса "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов" при отсутствии у ВУЗа допуска (подписки) к ресурсам издательств и компаний следующая:

(а) Производится поисковый запрос, включающий ключевые слова заданной темы, в различных поисковых системах, таких как www.google.com www.rambler.ru, www.yandex.ru, www.mail.ru, www.yahoo.ru. и др. (список специальных поисковых общих и специализированных систем должен быть на профильных кафедрах);

(б) Запрос производится на английском и/или русском языках в русских и/или англоязычных поисковых системах;

(в) Среди найденного на сайтах материала необходимо, в первую очередь, просматривать и анализировать тот, который строго соответствует поставленному запросу и только затем просматривать остальные найденные материалы сайтов;

(г) Целесообразно также напрямую обращаться к специализированным сайтам, ориентированным на получение требуемой информации, содержащим электронные библиотеки, справочную физико-химическую информацию, информацию о компонентах нанокомпозитных материалов (матрицах, наполнителях, модификаторах), углеродных наномодификатораах, технологиях модификации и др.

Такими являются, например, сайты: http://chemweb.com, http://www.scirus.com, сайты ведущих государственных ВУЗов и научных организаций РФ (МГУ, СПбГУ, НГУ, РАН РФ, РФФИ и др.), например:

http://www.msu.ru, http://www.chem.msu.su, http://www.spbu.ru, http://elibrary.ru/, зарубежных научных и учебных центров, например:

http://www.aiche.org, http://www.csj.jp/index-e.html, http://www.rsc.org/, http://www3.oup.co.uk/jnls/, http://pubs.acs.org, ряда ведущих мировых фирм, занимающихся исследованиями и производством в области наноматериалов, нанотехнологий, нанокомпозитов, углеродных наномодификаторов и, в первую очередь – ресурсов крупнейших международных издательских компаний, предоставляющих (частично в свободном допуске, но в основном по подписке) реферативные базы, полнотекстовые электронные ресурсы – книги, энциклопедии, справочники, журнальные статьи – например:

Elsevier: http://www.elsevier.com, http://www.sciencedirect.com, http://www.scopus.com, http://www.elsevier.ru;

Springer: http://www.springer.com, http://www.springerlink.com;

Wiley: http://www.interscience.wiley.com;

Nature: http://www.nature.com/;

Taylor & Francis: http://taylorandfrancis.metapress.com.

Каталог рекомендуемых сайтов с описанием их электронных ресурсов, физико-химической информации, ссылочных данных, а также методики работы с сайтами должен быть создан на кафедрах. Некоторые дополнительные электронные источники информации, необходимые для обучения (самостоятельной работы) студентов по курсу "Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов", указаны в "Списке рекомендуемой литературы".

ТЕКСТЫ ЛЕКЦИЙ 16.

по учебной дисциплине "УГЛЕРОДНЫЕ НАНОМОДИФИКАТОРЫ В ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" В данном параграфе приведены текстовые материалы (возможные тексты к разделам лекций) к курсу «Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов».

Материал соотнесен к конкретным темам, отвечающим пунктам рабочей программы дисциплины.

Темы указаны в подзаголовках к разделам приводимого ниже материала. Даны некоторые базовые положения в рамках разделов рабочей программы. Материал частично носит тезисный характер.

Лектор имеет возможность дополнять приведенные ниже разделы и вводить новые, основываясь, в частности, на списке рекомендуемой литературы.

Необходимо отметить, что результатам исследования и описанию свойств углеродных нанокластеров посвящено значительное число книг, монографий и учебников. Некоторые из них, включая издания на русском языке, стали уже классическими. Эти источники (в том числе – из списка литературы, приводимого в настоящем УМКД) рекомендуется использовать как основу изложения курса «Углеродные наномодификаторы в технологии композитных материалов».

Отметим также, что новые книги, как по проблемам нанотехнологии, наноматериалов, так и непосредственно связанные с углеродными наноструктурами, регулярно (и достаточно большими тиражами) публикуются, и доступны для преподавателей и студентов. Поэтому в приводимых ниже материалах существенное (в большинстве случаев – основное) место уделено некоторым результатам последних лет, в том числе – на основе публикаций в научных журналах. Безусловно, подобное включение оригинального и специального материала в общий лекционный курс должно быть избирательным, должна учитываться предварительная подготовка студентам, например, в области физических методов исследования. В частности, в приводимых материалах подробно излагаются исследования свойств методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеновской дифракции, рамановской спектроскопии, методами ЯМР и ЭПР. В связи с тем, что, в зависимости от конкретной программы обучения в бакалавриате, студенты могут иметь или не иметь знания в соответствующих областях методов исследования материалов, включение или изложение того или иного специального материала (из приводимого ниже) оставляется на усмотрение лектора курса в данном ВУЗе. Вместе с тем, приводимые материалы могут быть переданы лектором курса для использования студентами в процессе выполнения курсовых работ.

Углеродные нанокластеры. Классификация и история открытий.

1.

Высокодисперсное состояние углерода известно человечеству тысячи лет. Технический углерод – сажи различного происхождения прочно вошли в техносферу обитания, как наполнитель резин, многих других полимерных материалов, компонентов красителей и чернил, элемент технологии конструкционных композиционных материалов. В промышленности существует сегодня технический углерод нескольких разновидностей, в зависимости от метода получения, – сажа печная и ацетиленовая, искусственный и естественный коллоидный графит, диспергированные природные углеродосодержащие сланцы – шунгиты и т.д.. Степень дисперности частиц технического углерода может сильно различаться, однако большая часть саж характеризуется размерами частиц в диапазоне 1-100 нм и по порядку размеров, безусловно, относится к классическим нанообъектам.

Во второй половине минувшего века появились принципиально новые методы получения высокодисперсного углерода (плащзменные, плазменно-дуговые, пиролитические и взрывные технологии), одновременно с этим внимание ученых привлекла возможность управляемого синтеза его гомологически различных форм, в том числе получение совершенно неизвестных ранее гомологов углерода (фуллерены, онионы, астралены, тубулены и углеродные нанотрубки различных видов).

Работы по попыткам утилизации избытка взрывчатых веществ, образовавшихся к периоду окончания «холодной» войны, предпринятые в семидесятых и восьмидесятых годах 20 века, показали, что в составе продуктов, образующихся после взрыва в замкнутом объеме, присутствуют мельчайшие частицы углерода в виде кристаллических структур, близких к алмазу.

Эти, так называемые «детонационные» технологии, стали основой метода массового получения высокодисперсных ( с размерами 40-60 ангстрем) алмазоподобных частиц. Наноалмазы так и не стали, как сначала предполагалось, источником сырья для ювелирных целей, но показали довольно много интересных и полезных свойств при их техническом использовании.

Необходимо совершенно отдельно выделить работы по синтезу фуллеренов, проведенные в 1984-87гг. группами исследователей под руководством Р.Смолли, Кротто и Кретчмера, удостоенных впоследствии за это открытие Нобелевской премией в области химии (1996 г.). Не слишком замеченные научной общественностью в первые годы после их синтеза, они, тем не менее, стали впоследствии основой бурного развития наук о кластерной природе вещества, которое наблюдается в последние два десятилетия. Дело в том, что углерод – это один из немногих химических элементов, не образующих твердых окислов и, таким образом, любой кластер углерода, свободный от примесей, при любой его форме и размерах остается моноатомным образованием. Принципиальное отличие алмаза от остальных гомологов углерода заключается в отсутствии сопряженных связей между атомами углерода и в гибридизации электронных орбиталей исключительно Sp3 – типа. Этому соответствует тетраэдрическая кристаллическая структура монокристаллов алмаза. Графит любого происхождения – это набор плоскостей, образованных гексагональными циклами с характерным для них наличием ненасышенности (четного числа двойных связей) и гибридизацией электронных орбиталей Sp2 типа. Оказалось, что замкнутые каркасные углеродные образования, обнаруженные Ричардом Смолли в продуктах вакуумного испарения графита при дуговом разряде, имеют смешанную гибридизацию электронных орбиталей Sp2 –Sp3 типа, поскольку криволинейную поверхность из углеродной сетки возможно реализовать лишь при комбинации 12 пентагонов и четного числа гексагонов. Тот факт, что замкнутый многогранник можно построить, только используя такую комбинацию гексагонов и пентагонов, многими десятилетиями раньше обнаружил американский архитектор Бакминстр Фуллер. В 60-х годах минувшего столетия «космическая» тема очень сильно занимала умы людей и первая всемирная выставка технических достижений человечества «ЭКСПО-66», прошла в Монреале в зданиях-шарах, построенных Фуллером. В честь своего знаменитого соотечественника будущие нобелевские лауреаты назвали синтезированные ими углеродные молекулы из 60 атомов углерода фуллеренами. Диаметр молекулы фуллерена С- составляет 6,7 Ангстрем, более «тяжелый» фуллерен С-70 не намного больше - по длинной оси имеет размер всего 6,9 Ангстрем. Увеличение массы фуллеренов в итоге не связано с радикальным увеличением их поперечного размера.

Интерес к полым углеродным трубкам наноразмерных диаметров (углеродным нанотрубкам), проявившийся сразу вслед за открытием фуллеренов объясняется исключительно историческими причинами, поскольку идеальная открытая углеродная нанотрубка представляет собой всего лишь свернутую в цилиндр графитовую плоскость. В составе таких однослойных или многослойных трубчатых структур нет каркасных элементов со смешанной гибридизацией и они никак не могут быть отнесены к фуллеренам, или к фуллереноподобным (фуллероидным) нанокластерам углерода. Кроме случая закрытых нанотрубок –когда на конце трубчатой структуры находится «шапочка» из полусферы, образованная в этом случае именно фуллероидной поверхностью. Считается, что первым синтезировал углеродные нанотрубки Осава (Япония), но, поскольку углеродные нанотрубки образуются в том же дуговом процессе, что и фуллерены, то, скорее всего, Осава был первым, кто их охарактеризовал.

Углеродные нанотрубки, тем не менее, заняли и продолжают занимать очень важное место среди углеродных нанокластеров, в связи с крайне заманчивыми перспективами их практического использования в силу их высокой механической прочности, а также способности проявлять, в зависимости от структурных параметров, свойства проводника, диэлектрика, либо полупроводника. В отличие от истинных фуллеренов, образующих некий размерный ряд (С-60, С 70, С-74, С-76, С-78, С-84,…….С-256), являющихся индивидуальными молекулами и обладающих совершенно конкретными свойствами, углеродные нанотрубки являются техническим продуктом и поддаются очень условной классификации. Наиболее объемные попытки осуществить систематизацию и классификацию углеродных нанотрубок предпринимали Елецкий и Э.Г.Раков.

Углеродные нанотрубки могут различаться по размерам, количеству цилиндрических слоев, степени открытости, по отношению длины к диаметру и по «хиральности» - параметру угла «закрученности» графитовой боковой поверхности. Однако главной характеристикой, формирующей свойства углеродных нанотрубок, является степень дефектности их боковой поверхности, что, в свою очередь, определяется способом синтеза и технологическими параметрами соответствующих процессов. Однослойные углеродные нанотрубки, синтезируемые методами лазерной абляции графита в RICE University (США) имеют характерный диаметр Ангстрем, хиральность 10,10 и могут достигать длину от сотен нанометров до несколько микрон. Углеродные нанотрубки, получаемые в дуговом синтезе, пиролитическими и газофазными способами могут иметь самые различные размеры, диаметры от десятков Ангстрем до единиц микрон, иметь совершенно различное количество слоев и длину до десятков и сотен микрон (собственно,,в таком случае это уже не нанотрубки, а, скорее, полые микроволокна).

Формы и типы синтезированных объемных каркасов из углеродной сетки далеко не ограничиваются только фуллеренами. Однако их объединяет общее правило –реализация криволинейной углеродной поверхности любой замкнутой формы (однослойной, либо многослойной) возможна только при условии построения ее из сетки, сочетающей 12 пентагонов и четное количество гексагонов. Такие углеродные нанокластеры принято называть фуллереноподобными, или фуллероидными. Фуллероидные нанокластеры углерода могут быть представлены высшими (по количеству атомов и массе) фуллеренами, смешанными по виду поверхности и крупными (до десятков нанометров) однослойными образованиями – тубуленами и многослойными полиэдральными частицами луковичной формы – онионами. Характерные размеры наиболее изученных онионов – 5-20 Ангстрем. Все эти фуллероидные наночастицы наблюдаются непосредственно в продуктах, получаемых при дуговом испарении графита в вакууме, либо с незначительным присутствием инертных газов. В девяностых годах в России при последующей после дугового процесса окислительной обработки катодных депозитов были получены новые углеродные многослойные полиэдральные наноструктуры больших размеров астралены. Астралены представляют собой многослойные графитовые элементы, «локтевым»

способом соединенные, преимущественно, в пятиугольные фигуры с большой порой в центре.

Характерные размеры астраленов лежат в диапазоне 15-150 нм, средний размер составляет 45 нм.

Аморфные углеродные наноструктуры составляют подавляющую часть всех известных видов сажи, в том числе фуллереновой сажи – осадка на охлаждаемой части реактора, в котором происходит дуговой процесс получения фуллеренов. Фуллереновая сажа отличается самой высокой дисперсностью из всех видов технического углерода, большая часть частиц, из которых она состоит, имеет размеры не более 2-10 нанометров.

Способы получения нанокластеров углерода 2.

При изложении материала данного раздела лектор может основываться на литературных источниках (учебных пособиях, книгах и монографиях из списка рекомендуемой литературы), содержащих изложение способов (методов) получения нанокластеров углерода:

- Плазменно-дуговые технологии синтеза фуллеренов, нанотрубок, тубуленов, онионов и астраленов.

- Газофазные методы синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон.

- Пиролитические методы синтеза нанотрубок и нановолокон.

- Химические методы синтеза углеродных нанокластеров.

- Природные источники углеродных нанокластеров. Основные способы переработки природного сырья.

Источники:

Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я. Фуллерены: Учебное 12.

пособие для вузов. М.: Экзамен. Дьячков П. Н. Углеродные нанотрубки: строения, свойства, применения. М.:

13.

БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006.

Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Нанотехнологии и специальные материалы.

14.

Учебник для вузов. СПб.: Химиздат, 2007.

Рыжонков Д. И., Лвина В. В., Дзидзигури Э. Л. Наноматериалы: учебное 15.

пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2008.

Сергеев Г.Б. Нанохимия. 2-е изд-е. М.: Книжный дом Университет. 2007.

16.

Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию (пер. с япон.). 2-е изд. М.: БИНОМ.

17.

Лаборатория знаний. 2008. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. Учебное пособие. М.:

Логос. Университетская книга. 2006.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.