Тип занятия: Комбинированный.

Оснащение:

- МТО: компьютер, проектор просмотр презентации 1.

- МО: Конспект занятия, учебное пособие "Очарование нанотехнологии" Хартманн У.Г.

Структура занятия:

1. Организационный этап(2-3 минуты)

2. Этап объяснения нового материала (55 минут)

3. Проведение теста (10 минут)

4. Этап закрепления изученного материала (15 минут)

5. Заключительный этап (5 минут). Ход занятия:

1. Организационный момент.

Преподаватель приветствует студентов. Происходит отметка присутствующих на занятии и постановка темы занятия.

2.Этап объяснения нового материала

Обсуждение вопроса о классификации наноматериалов нужно начать с экскурса в развитие человеческой цивилизации, тесно связанное с освоением новых материалов и технологий их получения. Определения понятий "структура" и "наноматериалы" имеет смысл продиктовать учащимся для записи. Важно обратить внимание учащихся на взаимосвязь между размерами вещества и его свойствами, особенно при достижении размеров частиц менее 100 нм. Изменения свойств связаны с двумя основными причинами: увеличением доли поверхности и изменением электронной структуры в силу квантовых эффектов. (приложение 2).

Излагая материал о разнообразии наноматериалов, важно отметить, что современная наука выделяет следующие виды наноматериалов: наночастицы, фуллерены, нанотрубки и нановолокна, нанопористые структуры, нанодисперсии, наноструктурированные поверхности и пленки, нанокристаллические материалы.

Наночастицами называют частицы, размер которых меньше 100 нм. Наночастицы состоят из 108 или меньшего количества атомов, и их свойства отличаются от свойств объемного вещества, состоящего из таких же атомов. Наночастицы, размер которых меньше 5-10 нм, называют нанокластерами. Слово "кластер" произошло от англ. cluster – скопление, гроздь. Обычно в нанокластере содержится до 1000 атомов.

Фуллерены – кластеры из более чем 40 атомов углерода, по форме представляющие собой шароподобные каркасные структуры, напоминающие футбольный мяч. Фуллерены получили свое название в честь архитектора Фуллера, который придумал подобные структуры для использования их в архитектуре.

В 1991 году были обнаружены длинные углеродные структуры, получившие название нанотрубок. Нанопористые вещества представляют собой пористые вещества с нанометровым размером пор. Размеры нанопор находятся в пределах 1-100 нм. При уменьшении размеров пор у наноматериалов появляются новые способности к фильтрации и сорбции различных химических элементов.

Нанодисперсии – системы, состоящие из жидкой фазы с равномерно растворенными в ней наночастицами. Сегодня нанодисперсии в основном применяются в медицине и косметике.

Пленки, или слои, собранные из полупроводниковых материалов, называют гетероструктурами. Самая тонкая пленка состоит из одного атомного слоя вещества, нанесенного на твердую или жидкую поверхность. Такие пленки называют пленками Ленгмюра – Блоджетта. Гетероструктура может состоять из последовательности десятков полупроводниковых слоев толщиной в несколько нанометров. Полупроводниковые гетероструктуры используются для создания ярких светодиодов, лазеров и других полупроводниковых приборов современной микроэлектроники.

Важно обратить внимание учащихся на то, что российский ученый Ж.И. Алферов в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике за разработку технологий создания гетероструктур. Гетероструктуры создают методом молекулярно-лучевой, газофазной, жидкостной эпитаксии, а также методом самосборки.

Разъяснитяется, что на современном этапе сформировалось 2 подхода к получению наноматериалов: "сверху-вниз" и "снизу-вверх". Технология "сверху-вниз" основана на уменьшении размеров тел механической или иной обработкой, вплоть до получения объектов нанометрового размера. Технология "снизу-вверх" сводится к получению наноразмерного объекта путем сборки из отдельных атомов и молекул.

Последующее за лекцией семинарское задание может быть представлено выступлениями групп учащихся по предложенным вопросам. Все вопросы необходимо осветить с разных сторон, с использованием разных источников. После заслушивания докладов нужно провести обсуждение и анализ, высказать критические замечания и пожелания. По окончанию урока представитель каждой из групп предлагает окончательный проект. Учитель оценивает работу участников дискуссии.

3.Тесты

1. Сопоставьте определения:

o наночастицы; частицы, размер которых меньше 5-10 нм;

o нанокластеры; частицы, размер которых меньше 100 нм;

o нанопленки; кристаллические вещества, размер которых меньше 100 нм;

o нанокристаллы. вещества, состоящие из одного и более атомных слоев.

2. Что такое фуллерены?

o длинные углеродные структуры;

o кластеры из более чем 40 атомов углерода, по форме представляющие шароподобные каркасные структуры;

o наночастицы, растворенные в жидкой фазе;

o шарообразные молекулы, содержащие атомы, размером меньше 100 нм.

3. Что такое нанодисперсии?

o системы, состоящие из жидкой фазы с равномерно растворенными в ней наночастицами;

o системы, состоящие из нанокластеров;

o системы, состоящие из нанопористых веществ;

o системы, состоящие из нанопористого вещества.

4. Какие технологии относятся к технологии "сверху-вниз"?

o литография;

o эпитаксия;

o литография и конденсация;

o механическая обработка (измельчение).

5. Поставьте в правильной последовательности этапы литографии:

o экспонирование;

o химическое травление;

o нанесение фоторезистора.

6. В чем заключается технология "снизу-вверх"?

o основана на уменьшении размеров тел механической или иной обработки, вплоть до получения объектов нанометрового размера;

o сводится к получению наноразмерного объекта путем сборки наноматериалов из отельных атомов и молекул.

7. Что такое эпитаксия?

o наращивание оксидной пленки на кристалле;

o ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого;

o получение наночастиц путем испарения из макроскопического тела атома;

o создание наноструктур на поверхности твердого тела.

8. Что такое синергетика?

o наука о самоорганизующихся системах;

o наука о нанокристаллических материалах;

o наука о хаосе;

o наука об экономии энергии.

4.Этап закрепления изученного материала.

Преподаватель: теперь давайте коротко повторим то, что мы сегодня изучили.

Преподаватель задает вопросы по теме занятия, а учащиеся отвечают. Список основных вопросов – Дайте определение понятию "наноматериалы"? Какие виды наноматериалов вы знаете? Что называют наночастицами и нанокластерами? Чем обусловлены особые свойства наноматериалов? Приведите примеры технологии "сверху-вниз".

5.Заключительный этап.