Диссертация (972008), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Некоторыеявления и процессы молекулярной теории требуют наличия у студентов знанийизобластиквантовыхпредставленийипроцессов,происходящимиснизкоразмерными структурами, такими как атом, молекула, молекулярная связь ит.п. Данные сложности отчасти можно преодолеть путём включения вобразовательную программу понятий и представлений из области наномира.В качестве иллюстраций явлений и процессов удобно привести явления измира нано, которые помогут студентам на качественно новом уровне понятьспецифику микропроцессов, происходящих на уровне атомов и молекул.Вкачестве примеров можно приводить процессы самосборки молекулярных системиз отдельных атомов, рост кристаллов, появление различных видов связей ввеществе и другие явления.Область наномира может быть интересна при изучении процессов,изучаемых в молекулярной физике и термодинамике, как одна из базовыхступеней в понимании структурных уровней организации материи.

Пониманиеструктуры и характерных особенностей различных веществ и существованияразличных видов связей между молекулами и атомами является важным звеном55в создании у студентов целостной системы представлений об уровнях микромираи наномира.Так или иначе, данный подход уже давно используется при обучениишкольников и студентов.При использовании понятий НАНО на занятиях по молекулярной физике напервом месте должно стоять понимание законов и явлений курса молекулярнойфизики. Процесс осуществления связи имеет определённый порядок и происходиттак: сначала используется база молекулярной физики ( как и любого другогокурса), затем вводим понятия НАНО, как возможность расширить представленияо явлениях и законах молекулярной физики и термодинамики, расширитькругозор учащихся.

При ссылке на понятия и представления нанотехнологиичерез дисциплину «молекулярная физика и термодинамика» происходитпервоначальное знакомство студентов с миром нано на качественном уровне,предполагающим понимание работы нанотехнологических устройств, используязаконы и понятия молекулярной теории. Также в данном случае мы имеем дело ис обратным процессом:дополнение дисциплины «молекулярная физика итермодинамика» понятиями и терминами связанными с нанотехнологией (Рис.6 ).Явления и законымолекулярной физики итермодинамикиПонятия, явления иустройства сферыНАНОтехнологииРис. 6.

Процесс обмена знаниями в процессе обучения молекулярной физики сиспользованием примеров из сферы нанотехнологииВ таблице 3 показаны примеры применения различных понятий из областинаномираприменительнокразличнымтермодинамики.56темаммолекулярнойфизикииТаблица 3.Соответствие понятий из области наномира, явлениям и процессам,изучаемым в разделе «Молекулярная физика и термодинамика»№12345678910111213Тема занятияМолекулярно-кинетическаятеорияидеальных газов.

Реальные газы. Силымежмолекулярного взаимодействия.Молекулярно-кинетическаятеорияидеальных газов. Процессы переноса вреальных системах.Вопросы НанотехнологииСупрамолекулярнаяорганизацияМолекулярные ансамблиФазовые переходы I и II родаТопологическиефазовыепереходы и топологическиефазы материиФазовые переходы. Тепловые свойства Структурныефазовыевещества. Теплопроводность.переходы в наноразмерныхпленкахКонденсированные состояния веществаНанотехнология полученияконденсированных сред суникальнымифизикохимическимиибиологическими свойствами.АморфныеметаллыиметаллокерамикаТвердые тела. Кристаллическая решёткаФотонные кристаллыАгрегатное состояние вещества. Твёрдыетела.

Жидкости.Межатомные и надмолекулярные связи.Объединение атомов в молекулы.Атомуглерода.Графит,алмаз.Кристаллическая решётка.Кристаллическая рещётка. Атом углерода.Графит, алмаз.Кристаллическаярешётка.Монокристаллы,поликристаллы.Межзеренные границы.Жидкий кристаллМолекулярнаянанотехнологияУглеродные нанотрубкиФуллеренНанокристаллическиематериалыХимические связи в твердых телах. НанокомпозитыКристаллическая рещётка. Валентность.Ковалентная и ионная связь.Явления переноса.

Прессование.НанокерамикаТаким образом, изучение в разделе молекулярной физики и термодинамикиявлений и процессов из уровня нано позволит студентом более детально57разбираться в структурных и функциональных явлениях рассматриваемых вмолекулярной теории (т.е. на уровне микромира).2.4.2 Нанотехнология и электродинамикаПри изучении электродинамики среди основных вопросов курса могут бытьрассмотреныэлектрические и магнитные свойства наноматериалов.

Многиесовременные технические устройства и технологий изготовления электронных имагнитных устройств основаны на применении нанотехнологии. Электроннаяорганизация и структура вещества помогает понять специфику явлений, лежащихв основе электрических и магнитных свойств вещества. Процессы проводимости,существованияэлектрическогосопротивления,температурнаязависимостьэлектрических и магнитных свойств напрямую зависят от внутреннего устройстваизучаемого вещества. Изучение данных явлений, так или иначе, сопровождаетсяобращением преподавателя к низкоразмерным структурам, которые прямо иликосвенно принадлежат к области нано мира.В таблице 4 приведены примеры возможного включения вопросовнанотехнологии в соответствующие темы электродинамики в ВУЗе.Таблица 4.Соответствие понятий и явлений из области наномира явлениям ипроцессам, изучаемым в разделе «Электродинамика»№1234Тема занятияЭлектростатикаВопросы НанотехнологииЭлектростатическоевзаимодействие наночастиц .Поведениезаряженныхмагнитных частиц.Видымагнетиков, Суперпарамагнетизм, магнитныеферромагнетизм, доменынаночастицыМагнитное поле в веществеМагнитнаярезонанснаятомография (МРТ)Магнитный поток.

Индуктивность. Магнитная запись информацииМагнитная анизотропия.наносителисодержащие58Проводники и диэлектрики вэлектрическом поле.Электрический ток в жидкостях игазах. Электролиз.Ферриты.Постоянные магниты.5наночастицыНаносуспензии, наноэмульсии инаноаэрозолиСверхсильныеивысококоэрцетивные постоянныемагнитыМагнитное поле в веществеМагнитная гипертермияПостоянный электрический ток. НаноэлектромеханическиеЭлектрический двигатель.элементы(НЭМС)Постоянный электрический ток, Нанотрубкипроводники в электрическом полеМагнитное поле в веществе. ЭффектгигантскогоАктивное сопротивление.магнитосопротивления,Сегнетоэлектрики,доменная Нанодоменная инженерия,структура ферромагнетиковКоэффициент полезного действия Одноэлектронные устройства,электронныхустройств.Энергосбрежениеиэнергоэффективность.Логические устройства цифровой Молекулярныелогическиеэлектронной техники.устройства678910111213Таким образом, можем сделать вывод о том что изучение электродинамикидаёт большие возможности преподавателю для рассмотрения представлений ипонятий из области наномира.

При рассмотрении вопросов изучаемых в рамкахраздела «Электродинамика» актуальной и важной на сегодняшний день являетсяперестройка производства практически всех областей микроэлектроники на базунаноэлектроники.2.4.3 Нанотехнология и оптикаПри изучении раздела «Оптика» в число вопросов, изучаемых студентами,должны вводиться некоторые термины и понятия из области нанотехнологии.Целесообразно рассмотреть особенности создания оптических датчиков исенсоров,производствоэлектроникиифотоустройствнаноэлектроники,ифотоумножителей,светодиодыилазерынаустройствдвойныхгетероструктурах, фотоприемники на квантовых ямах, лавинные фотодиоды на59системе квантовых ям, устройства и приборы нанофотоники, фотонныекристаллы, искусственные опалы, элементы волоконной оптики, оптическиепереключатели и фильтры, перспективы создания фотонных интегральных схем,устройств хранения и обработки информации.В таблице 5 приведены примеры использования понятий наномира инанотехнологии в соответствующих разделах курса оптики в ВУЗе.Таблица 5.Соответствие понятий и явлений из области наномира явлениям ипроцессам, изучаемым в разделе «Оптика»№123456Тема занятияОптические устройства, взаимодействие светас веществомНелинейная оптика, взаимодействие света свеществомФотоны.

Оптическая микроскопияВзаимодействие света с веществе, процессыпоглощения и рассеяния светаВзаимодействие света с веществом.Фоторефракция.Фронт волны. Пространственная модуляциясвета.Оптическиеустройства.оптики». Поглащение света.8Показатель преломления. Закон Снеллиуса.Отражениеипреломлениесвета.Взаимодействие света с веществе.Отражениесвета.Полноевнутреннееотражение. Световод.Взаимодействие света с веществе.

Показательпреломления. Фотоные запрещенные зоны.Просветление оптики. Окраска тел.101112НанофотоникаэлектрохромикаНаноструктурированныефоторефрактивные средыБыстродействующиежидкокристаллическиепереключатели - дисплейныеэлементы«ПросветлениеСверхпрочные оптическиепокрытия с наноструктурами79Вопросы НанотехнологииСенсорынаосновенанотехнологииЖидкие кристаллыМатериалы с отрицательнымпоказателем преломленияОптические волокна на основенаноматериаловФотонные кристаллыПокрытиянанослоямиоптических поверхностейЗеркала.

Коэффициент отражения и радиус Деформируемые зеркалакривизны зеркала.Таким образом, в рамках раздела «Оптика» можно приводить довольномного примеров, связывающих оптические явления с областью нанотехнологии.При этом, качественные изменения в оптических свойствах материалов на ровне60нано способствуют пониманию студентов о взаимосвязи оптических и квантовыхэффектов и явлений.2.4.4 Нанотехнология и квантовая физикаПри изучении раздела «Квантовая физика» в состав вопросов для изучениястудентамиможноввестинекоторыетерминыипонятияизобластинанотехнологии.

Можно рассмотреть следующие процессы и устройства:сканирующая туннельная микроскопияатомно-силовая микроскопияквантовая точкаквантовая ямаквантовый транзисторпроцессы туннелирования частиц.В таблице 6 приведены примеры использования понятий наномира инанотехнологии в соответствующих темах «Квантовой физики» в ВУЗе.Таблица 6.Соответствие понятий и явлений из области наномира явлениям ипроцессам, изучаемым в разделе «Квантовая физика»№12345678Тема занятияПотенциальная яма.Рекомбинация частиц.Процессы туннелирования.Потенциальная яма. Квантово-размерные эффектыТуннельный эффект.Туннельный эффект, потенциальный барьерВопросы НанотехнологииКвантовые точкиквантовая яма,квантовый транзисторсканирующийтуннельныймикроскоп,Туннельный эффект, туннельный диодОдноэлектронные устройстваЭлектронная и дырочная проводимость.

Характеристики

Список файлов диссертации