Аннотации образовательных программ в области наноиндустрии

ФИЗИКА НАНОСИСТЕМ

Кристаллофизика наносистем. Наноструктуры и методы их симметрийного описания, Квантовые размерные эффекты, масштабирование, Теория квантовых переходов. Обменное взаимодействие. Энергетический спектр электронов в квантово-раз-мерных структурах: квантовые точки, ямы, нити, сверхрешетки. Распределение и транспорт носите­лей заряда в квантово-размерных структурах. Бал­листический транспорт. Резонансное, спин-завися-щее туннелирование. Квантовый эффект Холла. Оптические свойства квантово-размерных структур, Магнитные свойства нанослоевых композиций и фрактально-кластерных структур. Физика процес­сов переноса в неупорядоченных системах. Теория протекания. Кооперативно-синергетические процес­сы переноса энергии и зарядов в конденсирован­ных средах. Перенос энергии и заряда в биоорга­нических наносистемах.

ХИМИЯ НАНОСИСТЕМ

Физическая химия поверхности твердого тела. Энергетическая структура поверхности. Термодинамика поверхности. Кинетические процессы на поверхности: адсорбция, десорбция, смачивание, зародышеобразование. Физическая химия наноструктурированных материалов, Малые ансамбли молекул, межмолекулярные взаимодействия. Раз­мерные и функциональные свойства наночастиц. Молекулярная динамика, конформации. Симметрий-ное описание наносистем. Термодинамика и кине­тика межфазных границ, Кластерообразование. Мицеллообразование. Полимеризация. Матричный синтез. Самоорганизация. Наноматериалы: золи, гели, суспензии, коллоидные растворы, матрично-изолированные кластерные сверхструктуры, фул-лерены и фуллереноподобные материалы, углерод­ные нанотрубки, полимеры, сверхрешетки, биомемб­раны. Модели электропроводности, теплопроводности и механических свойств наносистем. Связь между физико-химической природой и специальными свойствами наноматериалов: биосовместимость, се­лективность, энергоемкость, память. Нанохимические компоненты: катализаторы, сорбенты, насосы, реакторы.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ НАНОСИСТЕМ

Классификация материалов по техническому назначению, составу и свойствам: конструкционные, функционально активные, адаптивные материалы, проводники, полупроводники,сверхпроводники, диэлектрики. Основы кристаллофизики наноматериалов. Физикохимия процессов синтезанано структурированных материалов. Методы получения наноматериалов. Синтез нанодисперсныхматериалов. Синтез наноструктурированных композитов. Атомно-молекулярные нанослоевые технологии. Нанозондовый локальный синтез и модификация. Микро- и нанобиотехнологии. Методы исследования наноматериалов. Свойства наноматериалов: механические, теплофизические, физико-химические, электрофизические, оптические. Критерии выбора и совместимости материа­лов: кристаллохимическая и термомеханическая совместимость. Применение наноматериалов: конструкционные материалы для механических конструкций, электрической и оптической коммутаций функционально активные материалы для электростатических, электромагнитных, пьезоэлектрических, оптических, электрооптических и термоэлектрических преобразователей энергии, движения, информации; адаптивные материалы. Самоорганизующиеся среды.

ПРОЦЕССЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Методы нанослоевого синтеза: атомно-молеку­лярная эпитаксия, молекулярная и химическая сбор­ка, молекулярное наслаивание методом Ленгмюра-Блоджетт, полианионная молекулярная сборка, мат­ричный синтез биоорганических веществ. Методы синтеза наноструктурированных материалов: вакуумно-плазменный и химический синтез фуллерено-подобных материалов, углеродных нанотрубок, мно­гослойных нанокомпозитов. Золь-гель-технологии. Синтез полимеров и полимерных композиций. Методы сверхлокального нанесения, удаления и модифицирования вещества: корпускулярно-фотонные и электрохимические нанотехнологии, нанозондовый локальный синтез и удаление вещества, модифицирование поверхности. Самооорганизующиеся процессы и среды.

МЕТОДЫ НАНОДИАГНОСТИКИ

Методы измерения и контроля наноразмеров и контроля наноколичеств: интерферометрия, эллипсометрия, растровые электронная и ионная микроскопии, сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия, вторичная ионная масс-спектрометрия, Оже-спектроскопия, электронная спектроскопия для химического анализа, рентгеноспектральный микроанализ, электронный и ядерный парамагнитный резонанс, ИК Фурье-спектроскопия, хроматография, электрофорез. Методы исследования структуры: рентгеноструктурный анализ просвечивающая электронная микроскопия, электронография, дифракция быстрых и медленных электронов, малоугловая дифракция, обратное рассеяние Резерфорда. Атомно-зондовые методы анализа поверхности: контактные и бесконтактные методы сверхлокальный контроль электрических и магнитных полей, измерение емкости и концентрации носителей заряда, адгезионных параметров. Электрические методы контроля свойств наноструктур токовая и емкостная спектроскопия, Активная метрика процессов синтеза наноструктурированных материалов и нанослоевых композиций. Микро- и наноаналитические системы. Биомедицинские методы нанодиагностики. Биочипы и биокластеры.

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Энергетический спектр частиц в системах пониженной размерности. Прохождение частиц через многомерные квантовые структуры, Влияние электрического поля на энергетический спектр систем пониженной размерности, Экранирование электческого поля в структурах пониженной размерности. Квантовый эффект Холла в двумерном электронном газе. Транспортные явления в квантово-раз-мерных структурах. Баллистический транспорт. Электрон-фононное взаимодействие. Резонансное, спин-зависящее туннелирование, Электропровод­ность и эмиссионные свойства углеродных нано-трубок и фрактальных структур. Оптоэлектронные свойства квантово-размерных структур: квантовые точки, ямы, нити, сверхрешетки. Магнитные свой­ства нанослоевых композиций и кластерных сис­тем. Перенос заряда, энергии и информации в био­структурах. Приборы нан о электроники: полевые нанотранзисторы, резонансно-туннельные диоды, спиновые клапаны, электронные и квантовые ин­терферометры, магниточувствительные элементы, Бионаносенсорика. Элементная база квантовых компьютеров на основе неорганических и органи­ческих наносистем.

НАНООПТИКА

Размерные эффекты в оптике: классические и квантовые размерные эффекты. Квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки, сверхрешетки, квантовые кристаллы. Распространение оптическо­го излучения в квантово-размерных слоях и наноструктурах. Оптические эффекты в наноструктурах. Преобразование и генерация оптического излучения в наноструктурах. Фотонные кристаллы. Нанослоевые композиции для преобразования и передачи оптических сигналов. Сверхскоростные методы передачи и обработки информации, распознавание образов. Высокоразрешающие методы оптической диагностики наноструктурирован­ных материалов и нанослоевых композиций, Ближнепольная оптическая микроскопия, Предельные возможности микро- и нанооптики,

НАНОМЕХАНИКА

Макро-, микро- и нанокристаллическая структуры наноматериалов. Размернофункциональные свойства наночастиц. Структурные и фазовые пре­вращения наноструктурированных материалов. Дисперсные, нанокристаллические и нанокомпозиционные материалы. Сплавы. Волокнистые, слоис­тые, фрактальные нанокомпозиты. Методы синте­за наноматериалов. Механические, физико-хими­ческие и теплофизические свойства наноструктурированных материалов. Обработка поверхности с наноточностью; механическая, электрохимическая, электронно-лучевая, лазерная, ионно-плазменная. Ионное наномодифицирование поверхности. Искус­ственное и естественное наноформообразование. Способы механического позиционирования с на­ноточностью: пьезоэлектрические и магнитострикционные приводы движения. Способы демпфиро­вания тепловых и механических воздействий при нанопозиционировании и нанообработке. Оптичес­кие методы контроля положения с наноточностью. Механические и оптические методы контроля наношероховатости. Атомнозондовые методы контроля морфологии поверхности. Микро- и наноинструмент для атомно-молекулярной инженерии, Механика течения жидкостей и газов в микро- и нанокапиллярах. Транспортные и механохимические процессы в биосистемах.

МИКРО- И НАНОЭНЕРГЕТИКА

Моделирование процессов переноса заряда, энер­гии и вещества в наноструктурированных систе­мах. Процессы энергонакопления и энергоперено­са в неорганических материалах с нанослоевой и кластернофрактальной структурой. Фотопреобразователи на основе нанослоевых и нанокластерных композиций. Наноэлектрохимия. Микромеханичес­кие источники энергии и движения, Механизмы переноса энергии в биоструктурах. Солитоны. Системы сопряженных ионно-водородных связей. Биоэнергетика. Фоторецепция. Биофоторецепция. Фотосинтезирующие мембраны. Механизмы фотосинтеза. Транспортные процессы в биосистемах. Классификация транспортных АТФ и механизмы их работы. Механохимические процессы переноса вещества на клеточном и тканевом уровнях. Био­технические системы рекуперации энергии и дви­жения.

БИОМЕДИЦИНСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Организация биологических систем. Атомно-молекулярная структура биологических систем, Нуклеиновые кислоты. Методы изучения и синтеза нуклеиновых кислот. Принципы генной инженерии. Белки. Уровни организации белков. Методы изуче­ния и синтеза белков. Белковая инженерия. Био­энергетика. Механизмы переноса энергии в биоструктурах. Электромагнитное, оптическое, акусти­ческое, тепловое и химическое воздействие на биологические микро- и наносистемы. Биосенсорика, Принципы молекулярного узнавания. Взаимо­действие лигандов с надмолекулярными структура­ми. Биокатализ. Модели работы олигомерных ферментов. Модель работы хемосенсоров. Иммуноглобулины. Биомембраны. Зонно-блочная модель. Сенсорные белки в биомембранах. Нейросенсори-ка. Фоторецепция, Фото синтезирующие мембраны, Фоторецепторные белки. Транспортные и механохимические процессы в биосистемах. Методы ме­дицинской и микробиологической нанодиагностики. Биочипы и биокластеры. Селективная бионанодиагностика и хемонанотерапия. Наноаналитические системы, Микро- и наноинструмент для медицинс­кой диагностики, терапии, хирургии и генной ин­женерии,

Данные аннотации фактически характеризуют не только предметную область обучения, но и на­правления реальной научно-практической деятель­ности в указанных областях.

Заключение

1. Фундаментальным базисом наноиндустрии яв­ляются новые, ранее неизвестные свойства и функциональные возможности материалов и систем при переходе к наномасштабам, что обусловлено про­явлением кванто во-размерных кооперативно-синергетических, и, так называемых, «гигантских» эф­фектов, определяемых особенностями процесса переноса и распределения зарядов, энергии, массы и информации при нано структурировании.

2. Технологическим базисом наноиндустрии являются система знаний, навыков, умений, аппаратурное, метрологическое, информационное обеспе­чение процессов и операций, направленных на создание наноматериалов и систем с ярко выражен­ным проявлением свойств, обусловленных наномасштабными факторами.

3. Наноиндустрия находится на стадии становления в отношении выбора экономически эффек­тивных промышленно значимых востребованных направлений развития.

4. Наноиндустрия может быть отнесена к высокотехнологичным производствам с высокой добав­ленной стоимостью, которые опираются в значи­тельной степени на инвестиции в «человеческий капитал».

ЛИТЕРАТУРА

1. Лучший В.В., Софаралаев Г.К. Научно-образовательный базис наноиндустрии. — Петербургский журнал электроники, 2001, №4, с, 6-11.

2. Лучияин В.В., Таиров Ю.М. Научно-образовательный базис наноиндустрии в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете. — Известия вузов, материалы электронной техники, 2003, №2, с. 15 — 20.

Дата добавления: 2014-11-29