Введение в современное материаловедение

Бакалавриат 2026/2027

ID 955064

Статус: Курс обязательный (Химия новых материалов)

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

Где читается: Факультет химии

Когда читается: 2-й курс, 1-3 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Казакова Анна Владимировна, Стенина Ирина Александровна

Язык: русский

Кредиты: 7

Контактные часы: 88

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

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

Авторы

Стенина Ирина Александровна

Программа дисциплины