Публикации: Образование

Проблема

Очень сложно совместить несовместимое и научить "с нуля" непрофессионала профессиональным вещам. Это искусство, балансирующее на грани популизма и глубокого понимания (есть такая парадоксальная грань). В этой короткой заметке приводится очень примерный (скорее, для обсуждения) план лекций, которые могли бы помочь получить слушателям основные знания по нанотехнологиям - но, конечно, только самого первого уровня. А так, конечно, познание бесконечно (разумеется, особенно в области нанотехнологий).

Пути решения

Однозначного решения нет, хотя об этом можно долго и плодотворно спорить. Если идти классическим способом, от простого к сложному, то могут понадобится месяцы, для того, чтобы слушателю "быть в теме". Если учить способом "погружения", то такие знания будут краткосрочными, несистематическими, однако они могут мотивировать на дальнейшее самообразование, что ценно само по себе. Именно этот способ может наиболее подойти для занятых и деловых людей, однако может создать иллюзию, что теперь-то они точно знают все. Если учить на тезисах и антитезисах, а также на видимых парадоксах, то такое обучение, скорее всего, вызовет яркие "долгоиграющие" воспоминания и положительные эмоции, но такой курс "по нанотехнологиям" еще не создан и он должен быть, в принципе, расчитан на интеллектуальных (по крайней мере, задумывающихся и понимающих что-то) слушателей. Можно вбивать в головы молодежи нанотехнологии через, скажем, он-лайн игры. Наверное, такой "продукт" обучения можно смело вести потом в психушку для принудительного лечения, к аналогичным результатам может привести и чрезмерная популяризация смелых фантазий людей, далеких от науки. Как же быть?

Технические предложения

(на правах обсуждения, возможны многочисленные варианты...)

Лекции (с изложением фундаментальных основ нанотехнологий)

1. Вводная лекция. Что такое нанотехнологии и почему о них должны знать все. Когда и как возникли нанотехнологии и как они развиваются в последнее время. Ключевые фигуры нанобума. Форсайт и дорожные карты. Междисциплинарность и наукоемкость НТ. Что читать о нанотехнологиях (популярно и всерьез). Интернет-сайты по нанотехнологиям. Журналы по нанотехнологиям. Структура курса и советы.

2. Фундаментальные подходы к созданию нанообъектов. Два принципиально разных пути – сверху вниз и снизу вверх. Представления о строении атома. Электрон и его энергетические состояния. Квантовые числа. Периодическая система химических элементов как отражение периодичности строения их атомов. Периодическая таблица Д.И.Менделеева.

3. Энергетика химических, фазовых и биологических превращений. Температура. Механическая сборка наноструктур из атомов. Энтальпия и термохимические циклы. Генерация, хранение и траспортировка энергии. Водородная энергетика. Наноматериалы в энергетике.

4. Направление процессов в физико-химических системах. Роль энтальпийного и энтропийного факторов. Понятие о кинетике и катализе. Самоорганизация. Наноматериалы современных каталитических систем.

5. Модели образования молекул из атомов. Ионная, ковалентная и металлическая связь. Водородная связь. Ван-дер-ввальсовы и дисперсионные взаимодействия. Супрамолекулярные соединения как мост между живой и неживой природой. Белки. Быть или не быть нанороботам.

6. Агрегатные состояния вещества, жидкие кристаллы. Фазовые переходы и диаграммы. Порядок и беспорядок в кристаллах. Механизмы образования кристаллов. Монокристаллы, поликристаллы, рентгеноаморфные состояния, пленки и покрытия. Фрактальные структуры и дендримеры. Парадоксы терминологии, «наножидкости», «наноплазма», «нанокластеры» и др.

7. Функциональные свойства объемных и наноматериалов. Магнетизм и суперпарамагнетики. Магнитные структуры и спинтроника. Электрические и оптические свойства, «нанофотоника». Металлы и поляронный резонанс. Полупроводники и квантовые точки. «Умные» материалы и устройства записи. Сверхпроводники и центры пиннинга. Ионные проводники и наноионика.

Лекции – семинары с активным участием слушателей

(по материалам книги «Нанотехнологии. Азбука для всех»)

Лекция - семинар 1. Важнейшие объекты наномира

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Наночастицы, Нанокристаллы, кластеры, Наноструктуры, Гибридные наноматериалы, Наностержни, нанокольца, Нанокомпозиты, Цеолиты, Размерные эффекты, Супрамолекулярная химия

Лекция - семинар 2. Наноуглерод

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Углеродные нанотрубки, Одностенные нанотрубки, Неуглеродные нанотрубки, Хиральность, Космический лифт, Графен, Фуллерены, Нанонити, Закон Холла-Петча, {наноалмазы}

Лекция - семинар 3. Физико-химия поверхности

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Амфифильные вещества, Блоксополимеры, Жидкие кристаллы, Мицеллы, Пленки Ленгмюра-Блоджетт, Поверхностно-активные вещества, Нанотрибология, Мезопористые молекулярные сита, Коллоидные частицы

Лекция - семинар 4. Наносинтез

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Золь-гель, Молекулярно-лучевая эпитаксия, Лазерная абляция, Нанолитография, ФИП-нанолитография, Гетероструктуры, Тонкие пленки, Теория оборванных связей, Темлатный метод

Лекция - семинар 5. Самоорганизация

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Самосборка, Самоорганизация, Самоорганизованные монослои, Самособирающиеся массивы, Фотонные кристаллы, Диссипативные структуры, Фракталы, Наносферная литография, Демон Максвела

Лекция - семинар 6. Инструменты нанотехнологий

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Электронный микроскоп, СЗМ, АСМ, СТМ, Кантилевер, Системы нанопозиционирования, Нанотермометр, Нановесы, Нанопинцет, оптический пинцет

Лекция - семинар 7. Нанотехнологии здоровья

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Наномедицина, Биоматериалы, Бионанотехнологии, Нанолекарства, Нанокапсулы, Вирусы, Нанотоксичность, Нанофармакология, Наномодификаторы, Дендримеры

Лекция - семинар 8. Запись и хранение информации

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Устройства хранения информации, Закон Мура, Наноэлектроника, Транзистор, Одноэлектронный транзистор, Молекулярная электроника, Суперпарамагнетизм, Нанобатарейки, наноэнергетика, Фотоника

Лекция - семинар 9. Наноустройства

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Квантовые точки, Квантовые нити, Квантово-размерные эффекты, Туннельный эффект, Квантовые компьютеры, Энергетическая щель, Экситон, Нанометрология, единицы измерения, НЭМС, Наномашины, Наноактюаторы, Нанороботы, МЭМС

Лекция - семинар 10. Развитие нанотехнологий

Главы (темы) «наноазбуки» для совместного анализа: Нанобизнес, Патентование нанотехнологий, Наноиндустрия, рынок нанопродуктов, Инвестиции в нанотехнологии (ФЦНТП), Умные материалы, Военные нанотехнологии, Серая слизь, Критические технологии РФ, Кто есть кто в нанонауке

Оставшиеся проблемы

Эти проблемы - вечные. Кто такое сможет прочитать? Как это читать (на официальном языке - с использованием каких образовательных технологий)? И где тот человек, который захочет это прослушать. Но если есть такие люди - мы готовы думать вместе и обсуждать, как это сделать, и как это сделать лучше... Может быть, когда-нибудь в ближайшем будущем можно попробовать сделать из этого общеобразовательные дистанционные курсы...