Преподаватель: к.ф.-м.н. А.В. Янилкин
Аннотация: ознакомлении обучающихся с физическими основами наук о материалах, физическим принципам функционирования существующих материалов и создания новых материалов с заданными свойствами и их теоретическая подготовка к дальнейшей самостоятельной работе в области материаловедения, технологии наноматериалов и энергетики.
Цель дисциплины:
Ознакомлении обучающихся с физическими основами наук о материалах, физическим принципам функционирования существующих материалов и создания новых материалов с заданными свойствами и их теоретическая подготовка к дальнейшей самостоятельной работе в области материаловедения, технологии наноматериалов и энергетики.
Задачи дисциплины:
Ознакомление обучающихся с предметом, принципами, методами и моделями наук о материалах; приобретение обучающимися теоретических знаний в области материаловедения; оказание консультаций и помощи обучающимся в проведении их собственной самостоятельной научной работы.
Содержание темы:
1. Цели и задачи материаловедения. Современные тенденции.
Роль материаловедения в развитие технологий и конструкций, история материаловедения и ее достижений. Современные тенденции.
2. Структурные уровни материалов.
Структурные уровни материалов от атомного строения до макроскопического масштаба. Способы описания различных структурных уровней и их влияние на свойства материалов. Методы исследования.
3. Современные методы синтеза материалов
Современные методы синтеза материалов, в особенности наноразмерных материалов. Рассмотрены различные методы создания от вакуумной и газофазной эпитакции до распыления. Обсуждаются физические и химические основы, положительные и отрицательные стороны различных методов, их достижения и примеры применения.
4. Методы дизайна материалов
Основы и направления в развитие методов дизайна материалов, понятия и достижения. Обсуждается информатика материалов, а также «интеллектуальный синтез» на основе сопряжения информатики материалов и экспериментальных работ.
5. Термоэлектрические материалы.
Физическое явление термоэлектричества, эффект Зеебека, Пельтье и Томсона. Физические принципы работы термоэлектрических элементов, КПД, добротность. Роль свойств материалов в КПД термоэлектрических элементов. История развития термоэлектрических материалов, современные достижения, научные направления в создании новых материалов. Роль первопринципного моделирования.
6. Материалы для хранения водорода.
Проблема, принципы и методы хранения водорода: физические, химические. Предельные характеристики различных методов. Направления в развитие новых материалов для хранения водорода.
7. Высокоэнтропийные сплавы.
Понятие высокоэнтропийных сплавов. История создания и текущее состояние достижений. Отличительные характеристики и свойства ВЭС.
8. Сегнетоэлектрические материалы.
Явление сегнетоэлектричества. Классы сегнетоэлектрических материалов. Атомистическая и микроскопическая картина возникновения сегнетоэлектричества. Принципы использования материалов. Современные направления в развитии.
9. Материалы с памятью формы.
Атомистические и микроскопические механизмы, лежащие в основе функционирования материалов с памятью формы. Предельные характеристики материалов, механизмы деградации. Направление развития материалов и их применения в различных устройствах.
10. Перовскиты.
Структура, свойства класса материалов – перовскитов. История открытия, распространенность. Применение перовскитов в солнечных батареях: принцип работы, свойства, перспективы.
11. Двухмерные материалы.
История открытия двухмерных материалов, свойства, методы синтеза и пути применения. Роль двухмерных материалов в фундаментальных вопросах физики и материаловедения.
12. Топологические изоляторы.
Свойства топологических изоляторов, физические основы их существования. Применение.
Основная литература:
1) Готтштайн Г. Физико-химические основы материаловедения. пер. с анг. К.Н. Золотовой, Д.О. Чаркина; под ред. В.П. Зломанова. – М.: Бином. Лаборатория знания, 2013. – 400с.
2) Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение, 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004. — 736 с.
3) Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология металлов. Под ред. Фетисова Г.П., 4-е изд., испр. — М.: Высш. шк., 2006. — 862 с.