Введение в современное материаловедение

2026/2027

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

7

Кредиты

Кто читает:

Базовая кафедра неорганической химии и материаловедения Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

2-й курс, 1-3 модуль

Преподаватели

Казакова Анна Владимировна

Стенина Ирина Александровна

Программа дисциплины

Аннотация

Прогресс современной цивилизации неразрывно связан с созданием новых материалов. Появление материалов с уникальными свойствами, в свою очередь, ведет к разработке устройств с принципиально новыми возможностями. Все материалы делятся на функциональные (обладающие особыми проводящими, электромагнитными, оптическими и другими свойствами) и конструкционные, определяющие прочностные свойства сооружений и механизмов. В данном курсе рассматриваются способы получения, свойства и методы исследования перспективных современных материалов. Курс охватывает широкий круг неорганических, керамических и полимерных материалов для накопителей энергии, мембранных, фотовольтаических, оптических, каталитических и других систем. Особое внимание уделено современным подходам к компьютерному моделированию материалов и использованию искусственного интеллекта для их разработки.

Цель освоения дисциплины

• - формирование у студентов представления о составе, строении и свойствах материалов
• - развитие у учащихся умения выбирать материалы с учетом условий эксплуатации
• - получение учащимися информации о современных методах синтеза и обработки материалов
• - формирование у студентов представления о поведении материалов в различных условиях
• - формирование у студентов представления о взаимосвязи «состав – структура – свойства»

Планируемые результаты обучения

• демонстрирует знание основных современных методов синтеза неорганических материалов, включая методы получения монокристаллов, керамик, наночастиц, пористых структур
• демонстрирует знание современных методов формирования покрытий, использующих физическое испарение в вакууме, распыление мишени ионной бомбардировкой с последующим осаждением испаренного и/или распыленного вещества на подложку, а также использующих химическое осаждение в вакууме
• демонстрирует знание особенностей структуры полимеров на различных уровнях (молекулярном, топологическом, надмолекулярном) и основы современных технологий получения и модификации полимеров и композиционных материалов
• формулирует требования и принципы выбора мембран для конкретных процессов разделения
• объясняет принципы работы солнечной батареи, определяет связь свойств полупроводников с характеристиками батарей, формулирует требования к материалам и анализирует преимущества и ограничения разных типов солнечных батарей
• систематизирует знания о проблемах и перспективах водородного материаловедения
• формулирует требования к материалам для работы с водородом и подходы к их разработке
• объясняет механизмы ионного транспорта в твердых телах с использованием квазихимических реакций
• формулирует выводы о связи состава, структуры и проводимости твердых кислород-проводящих электролитов
• определяет взаимосвязь между типом материала и эффективностью работы топливного элемента с учетом условий его эксплуатации
• анализирует ключевые характеристики литий-ионных аккумуляторов и определяет требования к материалам ЛИА
• формулирует представления о пост-литий-ионных системах и направлениях их развития
• формулирует представления о современных возможностях вычислительной химии и моделирования материалов
• умеет делать выборки из баз данных и научных публикаций
• владеет базовыми навыками построения моделей прогнозирования свойств материалов
• анализирует связь между составом, структурой и каталитической активностью материалов и объясняет принципы дизайна материалов для гетерогенного катализа.
• демонстрирует знание классификации, механических (прочность, твердость, пластичность), физических и технологических свойств металлов и сплавов.
• формулирует требования к материалам для эксплуатации в условиях аэродинамического нагрева
• предлагает возможные пути преодоления проблем создания ультравысокотемпературных керамических материалов
• демонстрирует знание физико-химических основ создания металлополимеров и нанокомпозитов и влияния наноструктурирования на эксплуатационные характеристики гибридных материалов
• демонстрирует знание основных классов биоматериалов и базовых медико-технических требований к ним
• демонстрирует знание особенностей строения атома бора, структуры его простого вещества и фундаментальных свойств бинарных соединений, боридов и галогенидов
• демонстрирует знание современных методов получения и областей применения низкоразмерных структур (борофен), гидридов и молекулярных борных кластеров
• демонстрирует знание химических свойств пероксидных систем, подходов к их применению для получения функциональных материалов и техники безопасности при работе с ними
• умеет проводить поиск и анализ научной литературы по химии пероксидных и родственных материалов и представлять полученную информацию аудитории
• демонстрирует знание об особенностях основных типов материалов и формулирует требования к материалам в зависимости от области применения

Содержание учебной дисциплины

• Материалы для современной индустрии
• Методы синтеза неорганических и полимерных материалов
• Мембранные материалы
• Материалы для преобразования и хранения энергии
• Теоретическое моделирование и искусственный интеллект в современном материаловедении
• Пероксидные и родственные материалы
• Соединения бора в современном материаловедении
• Металлополимеры и нанокомпозитные материалы
• Традиционные конструкционные материалы (металлы и сплавы). Ультравысокотемпературные керамические материалы
• Гетерогенные катализаторы
• Введение в биоматериаловедение

Элементы контроля

• Активность на семинарах в 1 модуле
• Экзамен 1
  Экзамен проходит в устной форме. Темы экзамена: материалы для современной индустрии, методы синтеза неорганических и полимерных материалов, мембранные материалы, водородное материаловедение
• Экзамен 2
  Экзамен проводится в конце третьего модуля. Темы экзамена: материалы для преобразования и хранения энергии, теоретическое моделирование и искусственный интеллект в современном материаловедении (кроме водородного материаловедения), гетерогенные катализаторы, пероксидные и родственные материалы, соединения бора в современном материаловедении, традиционные конструкционные материалы (металлы и сплавы), ультравысокотемпературные керамические материалы, металлополимеры и нанокомпозитные материалы, введение в биоматериаловедение
• Доклад с презентацией
  Доклад готовится в рамках домашнего задания и представляется на семинарском занятии с обязательной презентацией. Тематика докладов связана с материалами для литий-ионных и пост-литий-ионных аккумуляторов
• Домашнее задание
  Тематика домашнего задания связана с предсказанием свойств материалов с использованием методов машинного обучения и открытых баз данных.
• Активность на семинарах во 2 и 3 модулях

Промежуточная аттестация

• 2026/2027 1st module
  0.4 * Активность на семинарах в 1 модуле + 0.6 * Экзамен 1
• 2026/2027 3rd module
  0.15 * Активность на семинарах во 2 и 3 модулях + 0.1 * Доклад с презентацией + 0.1 * Домашнее задание + 0.5 * Экзамен 2

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Solid state chemistry and its applications, West, A. R., 2022
• Альтернативные и возобновляемые источники энергии - Баусов А. М., Терентьев В. В., Гвоздев А. А., Абалихин А. М. - Верхневолжский государственный агробиотехнологический университет - - - 2023 - русский - https://e.lanbook.com/book/421415 - ЛАНЬ - 421415
• Баромембранные процессы. Часть 1 - Хараев Г. И., Ямпилов С. С., Хантургаев А. Г. - Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления - 5-89230-066-8 - 2005 - русский - https://e.lanbook.com/book/333080 - ЛАНЬ - 333080
• Бондаренко, Г. Г.  Материаловедение : учебник для вузов / Г. Г. Бондаренко, Т. А. Кабанова, В. В. Рыбалко ; под редакцией Г. Г. Бондаренко. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2025. — 381 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-17884-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/559892 (дата обращения: 02.07.2026).
• Введение в химию твердофазных материалов : учеб. пособие для вузов, Третьяков, Ю. Д., 2006
• Водоподготовка ионообменным, баромембранным и электродиализным методами - Михайлова И. Ю., Шишкина С. В. - Вятский государственный университет - - - 2018 - русский - https://e.lanbook.com/book/339917 - ЛАНЬ - 339917
• Квантовая химия в материаловедении, Губанов, В. А., 1987
• Магнетронные распылительные системы, Данилин, Б. С., 1982
• Материаловедение : учебник, Арзамасов, Б. Н., 1986
• Металлополимерные композиционные материалы - Семенов С. А., Джардималиева Г. И. - МИРЭА - Российский технологический университет - - - 2021 - русский - https://e.lanbook.com/book/182445 - ЛАНЬ - 182445
• Неорганическая химия. Химия элементов. Т. 1: ., , 2023
• Неорганическая химия. Химия элементов. Т. 2: ., , 2023
• Основы кинетики и катализа в гетерогенных процессах - Козловский Р. А., Бухаркина Т. В., Вержичинская С. В. - Издательство "Лань" - 978-5-507-49175-9 - 2024 - русский - https://e.lanbook.com/book/405464 - ЛАНЬ - 405464
• Рогов, В. А.  Наноматериалы и нанотехнологии : учебник для вузов / В. А. Рогов. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2025. — 174 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-20502-2. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/559157 (дата обращения: 02.07.2026).
• Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы, Киреев, В. Ю., 2006
• Технология тонких пленок. Т.2: ., , 1977
• Функциональные наноматериалы : учеб. пособие для вузов, Елисеев, А. А., 2010
• Шевельков, А. В. Неорганическая химия. Учебник : учебник / А. В. Шевельков, А. А. Дроздов, М. Е. Тамм , под редакцией А. В. Шевелькова. — Москва : Лаборатория знаний, 2021. — 591 с. — ISBN 978-5-00101-937-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/166744 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
• Шишкин Р.А. - Технология специальной керамики - 978-5-16-020445-1 - НИЦ ИНФРА-М - 2026 - https://znanium.ru/catalog/document?id=477499 - 477499 - ZNANIUM

Рекомендуемая дополнительная литература

• Inge, R., & Leif, J. (2017). Machine Learning : Advances in Research and Applications. Hauppauge, New York: Nova Science Publishers, Inc. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1652565
• Биофизика и биоматериалы. Механика - Новиков А. А., Негров Д. А., Путинцев В. Ю., Мулюкова А. Р. - Омский государственный технический университет - 978-5-8149-2514-5 - 2017 - русский - https://e.lanbook.com/book/149062 - ЛАНЬ - 149062
• Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок, Берлин, Е. В., 2007
• Гордина Н.Е., Смирнов Д.В., Прозоров Д.А. и др. - Функциональные материалы на основе переходных металлов для катализа и адсорбции - 978-5-16-021564-8 - НИЦ ИНФРА-М - 2026 - https://znanium.ru/catalog/document?id=484038 - 484038 - ZNANIUM
• Киреев, В. В.  Высокомолекулярные соединения в 2 ч. Часть 1 : учебник для вузов / В. В. Киреев. — Москва : Издательство Юрайт, 2024. — 365 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-03986-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/537414 (дата обращения: 02.07.2026).
• Киреев, В. В.  Высокомолекулярные соединения в 2 ч. Часть 2 : учебник для вузов / В. В. Киреев. — Москва : Издательство Юрайт, 2024. — 243 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-03988-7. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/537415 (дата обращения: 02.07.2026).
• Мономерные и полимерные карбоксилаты металлов - Помогайло А.Д., Джардималиева Г.И. - Издательство "Физматлит" - 978-5-9221-1174-4 - 2009 - русский - https://e.lanbook.com/book/2281 - ЛАНЬ - 2281
• Научно-технический прогресс в энергетике. Водородная энергетика - Чемезов А. В., Чемезова Е. Ю., Сыромятников А. А., Шушпанов И. Н. - Иркутский национальный исследовательский технический университет - 978-5-8038-1631-7 - 2021 - русский - https://e.lanbook.com/book/325283 - ЛАНЬ - 325283
• Общая и неорганическая химия. Окислительно-восстановительные реакции. Теория и практика - Виграненко Ю.Т. - Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова - 978-5-9239-1136-7 - 2019 - русский - https://e.lanbook.com/book/128909 - ЛАНЬ - 128909
• Полимерные мембраны, Дубяга, В. П., 1981
• Радченко, Р. В.  Общая энергетика: водород в энергетике : учебник для вузов / Р. В. Радченко, А. С. Мокрушин, В. В. Тюльпа ; под научной редакцией С. Е. Щеклеина. — Москва : Издательство Юрайт, 2025. — 230 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-07557-1. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/562838 (дата обращения: 02.07.2026).
• Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хорошилов А. В. - Коррозия и защита от коррозии - 978-5-9221-1234-5 - Физматлит - 2010 - https://znanium.ru/catalog/document?id=274212 - 274212 - ZNANIUM
• Технология тонких пленок. Т.1: ., , 1977
• Химическая кинетика и катализ : доп. вып. к Основным началам физической химии проф. А. Эйкена, Раковский, А. В., 1931

Авторы

• Стенина Ирина Александровна