Ekz voprosy2012-2

Экзаменационные вопросы по
Дисциплине

"Материаловедение микро и наносистем"



Классификация материалов по техническому назначению и функциональным свойствам: конструкционные, функционально-активные, адаптивные материалы, проводники, полупроводники, сверхпроводники, диэлектрики.
Структурная иерархия материалов. Атомы, молекулы, ассоциаты, кластеры, клатраты, супрамолекулярные образования, агрегаты, наночастицы, организованные слои, нанокомпозиты, композиционные наноструктуры, наноструктурированные материалы. Кристаллическое, аморфное и квазикристаллическое состояния твердых тел.
Размерные эффекты в нанообъектах и принципиально новые кооперативные явления в наносистемах.
Физико-химические принципы конструирования новых материалов. Изменение валентности элементов, характера гибридизации химических связей, окружения атомов в ближайшей координационной сфере и порядка в более удаленных областях. Принципы сборки и самоорганизации.
Малые ансамбли молекул, межмолекулярные взаимодействия. Размерные и функциональные свойства кластеров . Классификация и методы получения нанокластеров и наноструктур.
Геометрические принципы кластерообразования. Симметрийное описание и принцип минимума энергии. Модельные представления об устойчивых формах и «магических» массах кластеров.
Изолированные и слабовзаимодействующие нанокластеры: молекулярные кластеры, газовые безлигандные кластеры (кластеры щелочных металлов, алюминия и ртути, кластеры переходных металлов, углеродные кластеры и фуллерены, вандерваальсовы кластеры), лигандные кластеры, коллоидные кластеры.
Принцип расчета кластерных серий с «магическими числами». Влияние состояния поверхности кластера, кластер-кластерного взаимодействия и взаимодействия кластера с матрицей на организацию кластерных наносистем.
Особенности кластеров и кластерных наносистем в зависимости от технологического генезиса (молекулярные, газофазные, твердотельные и коллоидные кластеры).
Полупроводниковые кластеры с оболочечной структурой. Микроэмульсии и мицеллярные наносистемы.
Матрично-изолированные кластерные наносистемы. Кластерные кристаллы. Клатраты. Электропроводящие и оптические свойства. Новые фотонные материалы. Понятие о метаматериалах.
Межкластерные магнитные взаимодействия и взаимодействия с матрицей. Магнитные свойства наносистем. Гигантское магнетосопротивление. Суперпарамагнетизм. Наносистемы для магнитной записи информации.
Фотохимические реакции с участием кластерных наносистем. Функциональная поверхность кластеров. Биомаркеры.
Гетероструктурная концепция материалов оптонаноэлектроники. Свойства многокомпонентных твердых растворов.
Структуры с квантовыми ямами, многократными квантовыми ямами, композиционные, легированные и комбинированные сверхрешетки, квантовые провода, квантовые точки. Наносистемы на базе квантоворазмерных элементов.
Новые материаловедческие задачи в гетероструктурной оптонаноэлектронике. Контроль эпитаксиального роста. Самосборка и самоорганизация квантовых точек в полях упругой деформации.
Приборы наноэлектроники и оптонаноэлектроники на гетероструктурных нанопроводах. Аксиальные и радиальные гетероструктуры на квантовых проводах. Топологические ловушки для излучателей на кремниевых нанопроводах.
Фрактальные явления в материаловедении микро- и наносистем. Технологические способы управления ростом и эволюцией фрактальных нанобъектов (Роль неподеленной электронной пары в катализе, рН- параметр, темплатные концепции материаловедения наносистем).
Основы теории фракталов. Регулярные математические фракталы. Парадокс Лебега. Размерность Хаусдорфа –Безиковича.
Примеры фрактальных систем: триада Коха, салфетка Серпинского, губка Менгера, кривые Пеано и Гильберта. Использование фрактальных моделей в практических разработках.
Мультифракталы. Физическая сущность. Спектр обобщенных фрактальных размерностей Реньи. Обобщенная фрактальная информационная размерность. Связь между энтропией и количеством информации по Шеннону.
Парная корреляционная функция как обобщенная размерность спектра разм ерностей. Примеры расчета значений обобщенных размерностей и построения спектра Реньи для неоднородного множества Кантора и для неоднородного треугольника Серпинского.
Физические фракталы. Фрактальные агрегаты. Природа образования и свойства фрактальных агрегатов и перколяционных нанокомпозиционных кластеров. Особенности фрактальных нанообъектов, получаемых в золь-гель технологиях, в плазмохимических, реактивно ионно-плазменных и в других процессах. Образование перколяционных фрактальных кластеров в нанокомпозитах.
Фрактальная модель Жульена. Модели диффузионно-ограниченной агрегации. Ограничение модели Виттена-Сэндера. Модели кластерно-кластерной агрегации в приближении Смолуховского.
Поверхностные и массовые фракталы. Фазовые переходы во фрактальных объектах. Экспериментальные методы оценки фрактальной размерности (По микрофотографиям, по данным малоуглового рассеяния нейтронов, электронов, рентгеновского и оптического излучений, по данным атомно-силовой микроскопии). Скейлинг многоуровневых фракталов.
Нелинейные явления в наносистемах. Понятие о диссипативных системах. Основные виды бифуркаций: типа вилки, транскритическая бифуркация, бифуркация Хопфа и бифуркация из предельного цикла в тор. Материаловедческие возможности вариации воздействий в области бифуркаций.
Теория отображений. Примеры дискретных отображений циклического вида. Логистическое отображение. Отображение Бернулли.
Анализ фазового пространства. Странные аттракторы. Аттрактор Лоренца. Фрактальность множества Мандельброта и множества Жюлиа.
Основные элементы теории перколяции. Понятие о пороге протекания и бесконечном связывающем кластере. Решеточные и континуальные задачи.
Инварианты теории перколяции. Уровень протекания. Универсальные критические индексы. Фрактальность субструктур перколяционного кластера вблизи порога протекания. Перколяционные сети и эволюция фрактальных кластеров.
Роль размерных эффектов в индивидуальных наночастицах, вклад границ раздела и связь размеров наночастиц с физическими характеристическими параметрами, имеющими размерность длины.
Свойства изолированных кристаллических наночастиц. Изменение температуры плавления, каталитической активности, периода кристаллической решетки, фононного спектра и теплоемкости, магнитных и оптических свойств от размеров, структурные и фазовые превращения.
Принципы синтеза в нанореакторах. Синтез в обращенных мицеллах, жидких кристаллах, на функционализированных слоях, включая пленки Ленгмюра-Блоджетт.
Фуллерены. Строение фуллеренов. Теоремы Эйлера. Правило изолированных пентагонов. Теоретический вывод устойчивости форм фуллеренов.
Основные физические и химические свойства фуллеренов. Полимерные структуры на основе фуллеренов. Наносистемы на основе интеркалированных фуллеритов.
Экзо- и эндоэдральные производные фуллеренов. Наносистемы сверхплотной записи информации на эндоэдральных производных. Наносистемы на экзопроизводных фуллеренах для эмиссионной наноэлектроники. Луковичные наноструктуры на основе фуллеренов.
Диаграммы Шлегеля. Металлокарбоэдрены (М8С12) . Примеры отображения изомеров экзопроизводных фуллеренов с использованием техники диаграмм Шлегеля.
Фуллерены и фуллереноподобные материалы, как компоненты наносистем для мягкой нанолитографии, наночернил, темплатного синтеза пористых материалов фотохимии и нанофотоники.
Углеродные нанотрубки (УНТ). Классификация углеродных нанотрубок по количеству слоев, хиральности и электрическим свойствам. УНТ со «стручковой» структурой.
Сверхупругие свойства однослойных УНТ. Применение в конструкционных композитных наносистемах и сканирующей зондовой микроскопии.
Эмиссионные приборы на основе УНТ. Углеродная наноэлектроника. Диоды Шоттки, одноэлектронные транзисторы, логические схемы на основе ветвящихся УНТ.
Гибридные и эндоэдральные наносистемы на основе УНТ. Легированные УНТ, кремниевые, нитридгаллиевые, борнитридные и карбонитридные тубулярные наноструктуры.
Принципы материаловедения фторированных УНТ (F-УНТ). Зависимости ширины запрещенной зоны и электрофизических свойств F-УНТ от хиральности. Концепции материаловедеия гетероструктурной наноэлектроники на F-УНТ.
Семейства новых аморфных углеродных материалов. Гибридизация по Полингу. Треугольник Гиббса для углеродных аморфных наноматериалов. Свойства основных 5 семейств аморфных наноматериалов. Применение в устройствах оптической и магнитной памяти.
Материаловедение графена, графана, фторграфена, силицена и других слоистых материалов. Способы диагностики.
Принц-технология. Материаловедческие особенности получения микро- и нанотрубок в композиционных наноструктурах с использованием сил упругой деформации. Гетероструктурные сверхрешетки и мембраны, микро- и нанокапилляры, сформированные по методу Принца.
Современные представления об аморфных материалах. Пиннинг уровня Ферми. Долговременные релаксационные процессы. Фотопамять. Перколяционная модель физики перехода «металл-диэлектрик». Явление переноса в условиях прыжковой проводимости (в рамках теории перколяции).
Основные физические модели для неупорядоченных наносистем. Модели с положительной и отрицательной корреляционной энергией. Модели на основе атомных термов и модификации длин химических связей. Конфигурационная диаграмма. Модели переменной валентности. Модель двухэлектронных центров. Модели трехцентровых связей.
Материаловедческие концепции технологии многоуровневой модификации свойств аморфных микро- и наносистем (ближнее окружение, среднее окружение, топология, перестройка системы дефектов). Структурные фазовые переходы.
Технические устройства со сверхплотной оптической записью информации на основе материалов со структурным фазовым переходом в нанообластях.
Материаловедение иерархических систем. Модулярный принцип структурной иерархии. Квазикристаллическое состояние конденсированных сред. Несоизмеримые фазы. Паркет Пенроуза, как пример систем с отсутствием трансляционной симметрии при наличии точечной симметрии. Нано- и микроструктуры Шехтмана.
Материаловедение пористых микро- и наносистем. Модельные представления об образовании и росте пор. Коалесценция пор. Фрактальные модели образования пор.
Природа фотолюминесценции в пористом кремнии. Эффект самоорганизации пористых микро- и наносистем в оксиде алюминия при электрохимическом травлении алюминия.
Основы темплатного материаловедения пористых наносистем с использованием полимерных материалов (блоксополимеров, дендримеров и других) и углеродных материалов в качестве порошков.
Полимеры. Полимерные цепи. Разветвленные полимеры. Блоксополимеры. Гипербранчи. Дендроны и дендримеры. Мегамеры.
Частично кристаллическое, стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее состояние полимеров. Изменения структуры растворов амфифильных молекул при увеличении их концентрации. Мицеллы. Липосомы.
Перколяционная модель строения полимера. Персистентная длина. Переход клубок – глобула. Теория рептаций.
Материаловедческие особенности применения полимерных материалов для формирования микро- и наносистем методами наноимпринтинга. Методы наноштампа, штампа с выдавленным рельефом, нанопечати с рельефной кромкой.
Полимеры для функционализации поверхностей. Примеры сборки наночастиц в организованные слои на функционализированных поверхностях.Циклы «адсорбция – нейтрализация» для формирования высокоорганизованных (упорядоченных) монослоев.
Самосборка и самоорганизация в наномире. Природа супрамолекулярных взаимодействий ( Ион-ионные, ион-дипольные, диполь-дипольные взаимодействия. Катион-
·- и
· -
· -стэкинг–взаимодействия Самоорганизация под действием ван-дер-ваальсовых сил. Роль гидрофильных и гидрофобных эффектов при образовании наносистем. Полимерно-связанные, поверхностно-связанные, электростатически связанные архитектуры
Практические применения микро- и наносистем на основе полимеров. Полимерные чернила. Методы сканирующей зондовой микроскопии для наномодификации полимеров. Инкорпарирование нанокластеров в дендримерах. Перспективы для оптоэлектроники и фотоники.
Гибридные органо-неорганические нанокомпозиты. Конструкционные и сенсорные устройства на основе органо-неорганических нанокомпозитов.
Материаловедение ионногенных пористых микро- и наносистем. Мембраны. Суперконденсаторы. Перспективы использования в микро- и наноустройствах водородной энергетики.










Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 19077681
    Размер файла: 61 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий