Все курсы кафедры "Химическое материаловедение"

Фундаментальные основы создания и функционирования современных материалов.

В доступной форме студентам расскажут о связи между составом, структурой и свойствами материалов и об основных физико-химических процессах, происходящих при их синтезе и функционировании.

В курсе дана классификация материалов, представлены основные факторы, определяющие свойства материалов: химический состав, кристаллическая структура, электронное строение, дефекты кристаллической решётки, микроструктура, условия синтеза и термообработки. Приведены примеры конкретных видов материалов, где влияние рассмотренных факторов проявляется наиболее ярко. Детально рассмотрены физико-химические процессы, происходящие при синтезе и функционировании материалов. Особое внимание уделено вопросам жизнестойкости материалов в различных средах.

Дисциплина даст студентам представление о существующих проблемах в данной области знания, решение которых позволит создавать новые материалы с заданными свойствами.

Классификация материалов и их изучение в едином подходе «состав – структура - свойство». В курсе дается понимание того, как комплекс свойств позволяет реализовать материал в конкретных изделиях, а также рассказывается, какие актуальные проблемы создания материалов существуют на сегодняшний день, и какие способы для их решения существуют в науке.

Необходимые понятия в области физики твердого тела, которые критически важны для материаловедения и создания новых материалов. Классификация твердых тел с точки зрения физики твердого тела, представления о механических, оптических, тепловых, электрических и магнитных свойствах.

Вопросы, связанные с кинетикой твердофазных реакций.

Методы описания кинетики топохимических реакций, границы применимости известных кинетических моделей. Особое внимание уделено проблеме корректного выбора модели и однозначности определения скоростей реакций. Отдельная глава посвящена анализу зависимости скорости реакции от давления и температуры и связанных с этим ошибок в определении энергии активации обратимых реакций.

Рассматриваются твердофазные реакции, контролируемые диффузией, кинетические подходы к анализу кинетики твердофазных реакций, протекающих в условиях импульсной активации.

Общие принципы классификации композитных материалов в зависимости от:

• типа химической связи;
• фазового состояния (кристаллическое, жидкое, аморфное);
• морфологии (размеры и формы) составляющих компонентов;
• их физических характеристик (проводники диэлектрики, ферромагнетики; сегнетоэлектрики и т.д.).

Методы получения, оценки физических характеристик и условия стабильности композиционных материалов.
Дизайн нанокомпозитных материалов.

Коллоидная химия, физико-химическая механика и процессы на границе раздела фаз.

• Классификация объектов с точки зрения физической химии;
• особенности процессов на границе раздела фаз;
• методы получения и разделения дисперсных систем;
• теория строения коллоидных частиц;
• процессы переноса в дисперсных системах;
• основы физико-химической механики.

Анализ экспериментальных данных в области химии, математические методы анализа данных, организация и планирование экспериментов при проведении научных исследований.

Изучение керамики, керамического материаловедения, керамических продуктов и технологии их изготовления. В рамках курса дается представление об основном сырье в производстве керамических материалов, методах керамического синтеза, свойствах керамических порошков и спецификации сырья, формовке, спеканию и анализу внешнего вида получаемого материала или изделия.

Основы получения, характеризации и использования высокотемпературных материалов. Студенты получат представление об истории развития, способах получения и применении тугоплавких металлов, жаропрочных сплавов, высокотемпературной оксидной и неоксидной керамики, углеродных и карбидокремниевых материалов, включая композиционные материалы с керамической матрицей, а также жаростойких покрытий.

Современные аспекты и проблемы электрохимии, которые основываются на классической электрохимии. Содержание дисциплины включает рассмотрение физико-химических основ равновесных и неравновесных электрохимических систем и охватывает круг вопросов, связанных с процессами, протекающими в растворах электролитов, строением границы электрод-раствор и закономерностями электрохимической кинетики.

Различные химические источники электрической энергии, а именно:

• первичные источники тока;
• аккумуляторы с использованием никеля и свинца;
• металл-ионные аккумуляторы;
• топливные элементы.

В рамках программы студентам рассказывается о преимуществах и недостатках каждого типа источника тока, их конструкционные особенности, а также особенности создания и эксплуатации.

Различные химические источники электрической энергии, а именно:

• первичные источники тока;
• аккумуляторы с использованием никеля и свинца;
• металл-ионные аккумуляторы;
• топливные элементы.

В рамках программы студентам рассказывается о преимуществах и недостатках каждого типа источника тока, их конструкционные особенности, а также особенности создания и эксплуатации.

Общие сведения об энергетике, типах ионизирующего излучения, о природе активных частиц, механизмах радиационно-химических превращений в различных средах. Приложения радиационной химии релятивистских электронов для получения новых уникальных материалов.

Дисциплина содержит самую последнюю информацию, полученную коллективами ученых, разрабатывающих новые технологии получения уникальных материалов с использованием пучков релятивистских электронов ускорителей, разработанных в Институте ядерной физики СО РАН: ИЛУ-6, ИЛУ-14, ЭЛВ-6, ВЭПП-3, ВЭПП-4.

Применение современных физических методов исследования для решения фундаментальных и практических задач химии твердого тела. Студентов познакомят с современными методами исследования твердых тел: различные виды микроскопии (сканирующая зондовая, электронная), оптические, рентгеновские методы исследования и др., а также с возможностями интерпретации информации, которую можно получить при помощи этих методов.

Основные методы использования синхротронного излучения в области материаловедения. Конкретные примеры исследования ряда процессов и синтезов в режиме in situ непосредственно на пучках синхротронного излучения, что позволяет получать информацию, недоступную другим методам. Одна из целей — ознакомление с установками синхротронного излучения, работающими в Новосибирске, Москве, а также в Германии и Франции.

Общие понятия о синхротронном излучении, а также об использовании его в дифракционных исследованиях и последних достижениях в данных областях, в том числе, полученными в НИУ НГУ и Институтах Сибирского отделения РАН.

Цель курса — дать студентам базовые знания, умения и навыки по колебательной (ИК и КР) спектроскопии кристаллов. Умение интерпретировать колебательные спектры совершенно необходимо при изучении многих разделов химии, например, химических связей и межмолекулярных взаимодействий.

Расчетные методы в химии, химической физике и материаловедении. Общие принципы и понятия расчетов в химии и смежных дисциплинах. Обзор методов и их самые базовые принципы использования, применимость к различным задачам и системам. В ходе курса студентам дается обзор существующих алгоритмов и их реализации для понимания работы конечных программ, их сильных и слабых сторон.
Курс подйдет как для первого знакомства с областью расчетных методов, так и для систематизации уже имеющихся знаний.

Цель курса – познакомить студентов, специализирующихся на кафедре химического материаловедения, с основами теории функционала плотности (DFT). Данный курс предлагает краткое объяснение основ DFT и структуры конкретных пакетов программ, а именно Gaussian (для расчета молекул) и VASP (для расчета периодических систем), наиболее широко используемых в научных исследованиях. Приводится упрощенный вывод уравнений Хартри-Фока и Кона-Шэма на основе вариационного принципа и метода неопределенных множителей Лагранжа. Раскрывается причина итерационного (т.н. самосогласованного) метода решений этих уравнений. Рассматривается т.н. неограниченный подход для изучения спин-поляризованных систем и молекул с открытой оболочкой (радикалов).
На практических занятиях предлагается освоение указанных пакетов программ до уровня, позволяющего самостоятельно решать конкретные практические задачи.

Цель курса – познакомить студентов, специализирующихся на кафедре химического материаловедения, с основами молекулярной динамики. Рассматриваются различные вариациями (молекулярная механика и квантовая механика) для решения практических задач в области химии твердого тела и материаловедения.

Современные методы предсказания и моделирования новых кристаллических материалов. Обзор существующих методов, их комбинации, ограничения и вектор развития. Первый курс по предсказанию структур и материалов в России и мире.

Векторный и тензорный анализ в рамках моделирования механических свойств материалов. Представление о реологических моделях твердых тел, влиянии внешних воздействий на механические свойства. Моделирование большинства видов материалов, и методики инженерных расчетов, в частности расчетов на прочность.

Дисциплина «Основы научного программирования на языке Python» формирует представление о высокоуровневом языке программирования Python. Python – один из самых популярных языков, использующихся в анализе данных, машинном обучении, веб-разработках и многих других областях. Курс подразумевает практические занятия по основам программирования, на которых студенты смогут познакомиться с синтаксисом языка, базовыми объектами и функциями, используемыми в Python.

Актуальные проблемы химии твердого тела и смежных областей, включая материаловедение. В ходе курса студенты обсуждают актуальные разработки в области химии твердого тела, представленные в виде реальных научных работ. Студенты могут представлять свои работы в контексте дисциплины.

Основные понятия наукометрии, качественные и количественные показатели, используемые при оценке деятельности научных сотрудников и организаций. Знакомство с используемыми для этого базами данных, профессиональными журналами по химии. В ходе курса студенты слушают, задают вопросы и обсуждают существующие наукометрические показатели и рассчитывают их для себя при наличии научных работ.