Нано по госо

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. АЛЬ-ФАРАБИ
Утверждено на заседании
Научно-методического совета
КазНУ им. аль-Фараби
протокол №_________
от «_____»_____2012 г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ В ДОКТОРАНТУРУ PhD ПО
СПЕЦИАЛЬНОСТИ
«6D074000-Наноматериалы и нанотехнологии»
АЛМАТЫ 2012
Программа
составлена
в
соответствии
с
Государственным
общеобразовательным
стандартом
по
специальности
«6D074000Наноматериалы и нанотехнологии». Программа составлена старшим
преподавателем, доктором PhD Жумабековой В.Н.
Программа рассмотрена на заседании кафедры физики твердого тела и
нелинейной физики
Протокол № 38 от 29.05.2012 г.
Зав.кафедрой__________________ Приходько О.Ю.
Одобрено на заседании методбюро физико-технического факультета
Протокол №6 от 31.05.2012г.
Председатель методбюро___________ Габдуллина Г.Л.
Утверждена на заседании Ученого совета
Протокол № 9 от 02.06.2012г.
Председатель Ученого совета,
декан факультета ____________________ Давлетов А.Е.
Ученый секретарь ____________________ Джумагулова К.Н.
СОДЕРЖАНИЕ
1.Цели и задачи вступительного экзамена по специальности «6D074000Наноматериалы и нанотехнологии»
Вступительный экзамен предназначен для определения практической и
теоретической подготовленности магистра и проводится с целью
определения соответствия знаний, умений и навыков магистрантов
требованиям обучения в докторантуре по направлению подготовки.
«Форма вступительного экзамена – комбинированный письменноустный экзамен. Экзаменующиеся записывают свои ответы на вопросы
экзаменационного билета на листах ответов, отвечают экзаменационной
комиссии устно. В случае апелляции основанием для рассмотрения являются
письменные записи в листе ответов».
2. Требования к уровню подготовки лиц, поступающих в докторантуру
PhD
Предшествующий минимальный уровень образования лиц, желающих
освоить образовательные программы докторантуры по специальности
«6D074000-Наноматериалы и нанотехнологии» - МАГИСТРАТУРА
Требования к поступающим:
иметь представление:
- о новейших достижениях науки и техники в области нанотехнологий;
- о состоянии науки и управления образованием за рубежом;
- о современных педагогических технологиях;
- о современных методах, применяемых в нанотехнологиях.
знать:
- практику и организационные подходы к научной работе в реальных
исследовательских лабораториях в казахстане и за рубежом, основные
тенденции и перспективы развития научно-исследовательских и
опытно-конструкторных разработок в казахстане и в мире по теме
исследования;
- современные экспериментальные, теоретические и численные методы
исследования физических явлений и процессов;
- основы юридической базы охраны интеллектуальной собственности,
защиты приоритета и новизны результатов исследований;
- один из иностранных языков;
- основы педагогической и убечно-методической работы в высшей
школе.
уметь:
- использовать
возможности
современных
теоретических
и
экспериментальных подходов для решения передовых задач
нанотехнологий и смежныхоблестей;
- профессионально интерпретировать данные научно-иссдовательской
работы на уровне эксперта в сфере профессиональной деятельности;
- использовать компьютерную технику для решения профессиональных
задач, творчески реализовать сложные алгоритмы решения
комплексных профессиональных задач по теме научных исследований;
- формулировать и решать задачи, возникшие в ходе научной
деятельности и требующие углубленных профессиональных знаний;
- применять на практике аппаратно-методическое обеспечение чистоты
и микроклимата в индустрии наносистем;
- заниматься руководством студенческих курсовых и дипломных работ.
иметь навыки:
- владение методами получения, диагностики и анализа наносистем и
наноматериалов на уровне эксперта;
- работы с технической документацией и литературой, научнотехническими отчетами, справочниками и другими информационными
источниками;
- проведение технических расчетов и определения экономической
эффективности научных исследований и разработок;
- роботы с методическими, нормативными и руководящими
материалами, касающимися выполняемой работы, правил и условий
выполнения работ;
- использование методов оптимальной организации труда научноисследовательский коллективов при исследовании, обработке и
изготовлении стандартных образцов и устройств, отвечающих
требованиям стандартов и рынка;
- организация научных исследований, планирования и проведения
исследований , а также правильного оформления результатов;
- умение проводить все виды занятий в высшей школе (лекции,
практические и лабораторные занятия);
- иметь навыки проведения контроля химического состава и геометрии
нанообъектов.
быть компетентным:
- в современных достижениях науки и техники, передовом
отечественном и зарубежном опте в соответствующей области знаний;
- в вопросах о состоянии науки и управления образованием зарубежом;
- в вопросах технической и экологической безопасности, защиты
жизнедеятельности человека, правовых норм и экономических
проблем;
- в организации производства производства, труда и управления;
- в применении основ трудового законодательства;
- в правилах экологической безопасности и норм охраны труда, техники
безопасности, производственной санитарии и противопожарной
защиты;
- в вопросах внедрений системы менеджмента качества в научноисследовательских, образовательных, проектно-конструкторских и
производственных учреждениях;
- о состоянии науки и управления образованием зарубежом.
3. Пререквизиты образовательной программы
1. Английский язык -3 кр.
2. Фундаментальные основы нанотехнологий – 3 кр.
3. Физико-химические основы получения наноматериалов и наноструктур – 3
кр.
4. Экспериментальные методы исследования наноматериалов и наноструктур
– 3 кр.
4. Перечень экзаменационных тем
Дисциплина «Фундаментальные основы нанотехнологий»
1. Виды наноматериалов и их свойства. Структура наноматериалов.
2. Магнитные свойства наночастиц. Зависимость коэрцитивной силы от
размера частиц.
3. Классическая теория зародышеобразования. Методы синтеза кластеров.
4. Зависимость растворимости от размера наночастиц. Соотношение
Оствальда-Фрейндлиха.
5. Особенности наноматериалов: Квантовые эффекты. Специфическое
перераспределение дефектов.
6. Оптические свойства наноматериалов. Плазменный резонанс.
7. Механические свойства наноматериалов. Закон Холл-Петча. Деформация
углеродных нанотрубок.
8. Нанотрибология. Трение на наноуровне – трение отдельных атомов.
9. Гибридные и супрамолекулярные материалы. Нанопористые материалы
(молекулярные сита).
10. Структура полимерных, биологических и углеродных наноматериалов.
Тубулярные и луковичные структуры. Приведите пример ДНКнаноматериала.
11. Физические свойства наноматериалов. Размерные эффекты.
12. Фононный спектр и тепловые свойства наноматериалов. Функция
распределения энергий и частот фононных спектров.
13. Проводимость
и
оптические
характеристики
наноматериалов.
Температурная
зависимость
электросопротивления
нанообъектов.
Зависимость диэлектрической проницаемости наноматериалов от размера
зерна.
14. Наногетероморфизм аморфных структур. Эффекты наноразмерного
фазового разделения.
15. Магнитные свойства наноструктурных материалов. Диамагнетики,
парамагнетики, ферромагнетики, атиферромагнетикии, ферримагнетики и
ферриты.
16. Механические свойства наноструктурных материалов: твердость,
прочность, пластичность, упругие характеристики наноматериалов.
17. Теоретическое рассмотрение механизмов деформации наноматериалов.
Наноиндентор.
18. Наноматериалы со специальными физическими свойствами: магнитные
наноматериалы,
проводящие
наноматериалы
и
изоляторы,
наноструктурированные полупроводниковые материалы.
19. Наноматериалы со специальными физическими свойствами: эмиттеры,
транзисторы, выключатели; наноматериалы для ядерной энергетики,
наноматериалы
для
медицины
и
биологии;
микрои
наноэлектромеханические системы.
20. Квантовые размерные эффекты. Уравнение Шредингера. Квантовые
точки, проволоки и плоскости.
Дисциплина «Физико-химические основы получения
наноматериалов и наноструктур»
1. Способы получения наноматериалов: «сверху вниз» - физические
процессы. «снизу вверх» - химические профессы.
2. Основные методы синтеза наноматериалов: Пиролиз / сажа (фулерены),
механо-, электро-, криодиспергирование и пр. («разборка»).
3. Основные методы получения наноматериалов: Методы химической
гомогенизации (молекулярное смешение).
4. Основные методы получения наноматериалов: метод золь-гель
(трехмерные структуры).
5. Основные методы получения наноматериалов: метод РЕCVD (Plasmaenhanced chemical vapor deposition).
6. Основные методы получения наноматериалов: химическое осаждение из
паров металлоорганических соединений – MOCVD (химическое осаждение
из паров металлоорганических соединений).
7. Основные методы получения наноматериалов: ударно-волновой синтез.
8. Основные методы получения наноматериалов: твердотельные химические
реакции. Реакции термического разложения солей металлов и комплексов
металлов.
9. Основные методы получения наноматериалов: Наноструктурирование под
действием давления со сдвигом.
10. Основные методы получения наноматериалов: наноструктурирование
путем кристаллизации аморфных структур.
11. Стабильность
наноструктур.
Рост
зерен.
Диффузия.
Общие
закономерности, роста зерен (рекристаллизации) в наноматериалах.
12. Основные методы получения наноматериалов: Синтез в условиях
ультразвукового воздействия. Электрический взрыв проволочек.
13. Основные методы получения наноматериалов: Механизмы роста
нанопленок по Фольмеру-Веберу, Франку-Ван дер Мерве, КрастановуСтранскому.
14. Основные методы получения наноматериалов: методы консолидации.
Электроразрядное спекание.
15. Метод локального зондового окисления. Кинетика процесса локального
зондового окисления полупроводников и сверхтонких металлических пленок.
Примеры использования локального зондового окисления для создания
наноструктур и элементов наноэлектроники.
16. Метод формирования диэлектрической пленки, модулированной по
толщине.
17. Основы зондового метода нанолитографии. Сканирующая зондовая
микроскопия. Принципиальная схема механической зондовой литографии.
18. Основные методы получения наноматериалов: осаждение из жидкой фазы
и осаждение из расплавов, кристаллизация и микроликвация.
19. Напыление планарных структур с помощью молекулярно - лучевого
метода.
20. Лазерная абляция. Лазерное напыление планарных структур.
21. Основные методы получения наноматериалов: гидротермальный синтез.
22. Основные
методы
получения
наноматериалов:
синтез
из
сверхкритических растворов.
23. Основные методы получения наноматериалов: механический помол;
сонохимия; удаление компонента гетерогенной системы.
24. Вакуумные методы получения наноматериалов: испарение в
электрической дуге; магнетронное распыление; метод CVD.
25. Нанолитография: электронно-лучевая литография; ионно-лучевая
литография.
26. Печатная нанолитография: Метод горячего тиснения (hot embossing
technique).
27. «Полимеризация»
в
водном
растворе.
Методы
химической
гомогенизации.
28. Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) наносистем.
29. Импульсное лазерное осаждение (ИЛО) наносистем.
30. Синтез неорганических нанотрубок. Физические свойства углеродных
нанотрубок. Многостенные нанотрубки.
Дисциплина «Экспериментальные методы исследования
наноматериалов и наноструктур»
1. Методы исследования наноматериалов: оптическая. Микроскопия с
насыщением люминесценции.
2. Методы
исследования
наноматериалов:
растровая
электронная
микроскопия.
3. Методы исследования наноматериалов: просвечивающая электронная
микроскопия (ПЭМ). Соотношение де Бройля. Дифракционный предел
разрешения ПЭМ.
4. Методы исследования наноматериалов: атомно-силовая микроскопия.
Молекулярные взаимодействия между острием зонда и поверхности.
Контактная, бесконтактная и полуконтактная атомно-силовая микроскопия.
5. Методы исследования наноматериалов: сканирующая туннельная
микроскопия. Методы постоянного тока и постоянной высоты.
6. Методы исследования наноматериалов: теория комбинационного
рассеяния света.
7. Методы исследования наноматериалов: рентгеновская микроскопия.
8. Методы исследования наноматериалов: сканирующая оптическая
микроскопия ближнего поля.
9. Методы исследования наноматериалов: конфокальная микроскопия.
10. Рентгенодифракционные методы исследования материалов.
11. Мессбауэровская спектроскопия.
12. Взаимосвязь спектроскопических методов и областей электромагнитного
спектра. ИК – спектроскопия. Структура атомных и молекулярных спектров.
Вращательные и колебательные спектры.
13. Метод спектроскопии импеданса.
14. Ядерный магнитный резонанс.
15. Нелинейно-оптические методы диагностики поверхности и наноструктур.
Нанодиагностика и локальный анализ с помощь электронных и ионных
пучков.
5. Список рекомендуемой литературы
Дисциплина «Современное материаловедение»
Основная литература:
1.Коробова Н.Е., Сарсембинов Ш.Ш. “Introduction to the material science”
(Введение в материаловедение)/ N. Korobova, Sh. Sarsembinov. – Алматы:
Казак университетi, 2006. – 325c.
Дополнительная литература:
1. Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering, /Ed. R. E. Smallman, R
J Bishop.- 1999.
2. Smallman R.E., Ngan A.H.W. «Physical Metallurgy and Advanced Materials»,
http://www.twirpx.com/file/432338/
3. http://swiat-zaproszen.pl/materials-science&page=2
4. Barett C.R., Nix W.D., Tetelman A. S. “ The principles of engineering
materials”, 1998.
Дисциплина «Основы нанотехнологий»
Основная литература:
1. Кобояси Н. Введение в нанотехнологию. М.: БИНОМ. 2005, -134 с.
2. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение.
2007, -496 с.
3. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров,
наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006, -592 с. (Синергетика:
от прошлого к будущему).
4. Пул-мл. Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии, (Мир материалов и технологий).
М.: Техносфера, 2006, -336 с.
5. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.:
«Академия», 2005, -192 с.
6. Миронов В. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.:
«Техносфера», 2005, 144 с.
7. Сб. под ред. Мальцева П.П. Наноматериалы. Нанотехнологии.
Наносистемная техника. Мир материалов и технологий. М.: Техносфера,
2006, -152 с.
Дополнительная литература:
1. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике, (Мир
электроники). М.: Техносфера, 2006, -160 с.
2. Сборник под ред. Мальцева П.П. Наноматериалы. Нанотехнологии.
Наносистемная техника, (Мир материалов и технологий. Мировые
достижения за 2005 год). М.: Техносфера, 2006, -152 с.
3. Под ред. Чаплыгина Ю.А. Нанотехнологии в электронике. М.:
Техносфера, 2005, -448с.
4. Андриевский Р.А. Наноматериалы: концепция и современные
проблемы // Российский химический журнал. - 2002. - Т. 46. - № 5. - С. 50-56.
5. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления
исследований / Под ред. М. Роко, Р.С. Вильямса, П. Аливисатоса; Пер. С
англ. под ред. Р.А. Андриевского. -М.: Мир, 2002. - 292 с.
6. Фейнман Р. Внизу полным полно места: приглашение в новый мир
физики // Химия и жизнь. 2002. № 12. - С. 20-26.
7. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые
материалы XXI века / Пер. с англ. под ред. Л.А.Чернозатонского. М.:
Техносфера, 2003. - 336 с.
8. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в
полимерах. М.: Химия, 2000, -672 с.
9. Сарсембинов Ш.Ш., Приходько О.Ю., Максимова С.Я. Физические
основы
модификации
электронных
свойств
некристаллических
полупроводников. Гл. Х. Модификация электронных свойств пленок
аморфного алмазоподобного углерода. Алматы: Казак университетi, 2005, 341 с.
Дисциплина «Физика полупроводниковых конденсированных сред»
Основная литература:
1. Грюндман М. Физика полупроводников. – М.: Издат. дом Интеллект, 2009.
2. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников, изд. 3-е. –
Новосибирск, 2008. -624 с.
3. ПитерЮ., Кардона М. Основы физики полупроводников. – М.:
ФизМатЛит, 2002. - 560 с.
4. Шалимова К.В. Физика полупроводников - М.: Энергоиздат, 1985. – 392 с.
5. Сарсембинов Ш.Ш., Приходько О.Ю., Максимова С.Я. Физические основы
модификации электронных свойств некристаллических полупроводников. –
Из-во «Қазақ университеті» , 2005. - 341 с.
6. Donald A.Neamen. Semiconductor Physics and devices: Basic Principles. –
USA: McGraw-Hill Company, 2003. – 652 p.
7. Peter Y.Yu, Manuel Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and
Material Properties, 4th Edition, Springer, 2010. - 775 p.
8. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников О.Г. Физика полупроводников, изд. 3-е.М.:Наука, 1990.
Дополнительная литература:
1. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах
- М.: Мир, 1980 (2-е издание в двух томах).
2. Под ред. Цендина К.Д. Электронные явления в халькогенидных
cтеклообразных полупроводниках. СПб.: Наука. 1996. – 486 с.
3. Айвазов А.А., Будагян Б.Г., Вихров С.П., Попов А.И. Неупорядоченные
полупроводники. - М.: Издат.- во МЭИ, 1995. -352 с.