Название(я): Исследование влияния температурной обработки на размер частиц
Основной предмет (школа): физика, химия
Область знания (ВУЗ): физическая химия, нанохимия, термический анализ, химия твердого тела
Оригинальность: Исследование поведения наноразмерных объектов различных металлов при изменении температуры является сложной областью физической химии. Оригинальность задачи обосновывается нелинейностью подвода температуры к образцу. В данных условиях поведение наночастиц может отличаться от поведения аналогичных частиц микронного и бóльших порядков.
Актуальность: Несмотря на несложные теоретические представления об укрупнении размера частиц при повышении температуры, стоит отметить недостаточную изученность поведения образца как от линейного, так и от циклического подведения температуры к образцу, что часто происходит в микросхемах и других нагревающихся конструкциях. Для иллюстрации важности понимания поведения наноразмерных частиц при циклическом подведении и отводе энергии можно привести аналогию с испытаниями конструкций на прочность. При циклических нагрузках конструкции ломаются при сравнительно небольших нагрузках относительно единоразово подведенного разрушающего усилия. Кроме того, испытания на долговечность объекта производятся при высоких давлениях и температурах, иногда включая циклические нагрузки.
Новизна: Изучение изменения морфологии частиц при подведении температуры в различных режимах и обоснование такого поведения – новая и смелая идея для реализации, особенно в школьном возрасте.
Обоснованность: Существует множество теоретических описаний поведения частиц малых размеров при подведении различных доз энергии в различных режимах. Тем не менее, наноразмерные объекты заслуживают особого внимания ввиду явлений, основанных на их размерах (избыточная поверхностная энергия, большая удельная поверхность, изменения электронной структуры).
Цель: Изучение и обоснование поведения наночастиц металла при линейном и циклическом подводе тепла. Оценка морфологических изменений при каждом акте подвода тепла.
Задачи:
1. Ознакомление с основами термодинамики и физической химии
2. Литературный поиск и обзор по теме особых свойств наночастиц
3. Литературный поиск по теории термического анализа и калориметрии
4. Получение частиц металла (серебра) с узким распределением по размерам и средним размером порядка 7-10 нм
5. Проведение экспериментов по линейному и циклическому нагреванию образцов
6. Анализ морфологических изменений методами термического анализа (ДСК), УФ-спектроскопии, СЗМ
7. Анализ полученных результатов и установление зависимостей изменения морфологии образцов.
8. Выводы и обсуждение закономерностей изменения морфологии.
Экспериментальные подходы: физико-химические методы получения наноразмерного серебра, методы анализа морфологии частиц (ДСК, УФ, СЗМ).
Методические подходы: освоение основ физической химии, обучение стратегии и тактики эксперимента, обучение экспериментальным техникам и подходам для решения фундаментальных и практических задач. Самостоятельное освоение ПО для построения зависимостей и графиков.
Требующиеся нестандартные реактивы и ресурсы: ДСК, СЗМ, УФ, ЭМ (опционально можно использовать 2 метода из 4, к примеру ДСК и СЗМ или ДСК и ЭМ)
Освоение школьником теоретического материала: основы физической химии, основы термодинамики, наноразмерные эффекты частиц.
Навыки, получаемые школьником: получение наночастиц, работа с экспериментальным оборудованием, расшифровка данных и их интерпретация, освоения ПО для построения зависимостей.
Предшествующий материал по школьной программе: химия элементов, неорганическая химия, основы физической химии.
Роль учителя: общее руководство проектом, обеспечение литературой
Возможная помощь тьюторов: консультативная помощь, проверка правильности составления и проведения экспериментов, поиск и обеспечение специализированной литературой, инструментальная поддержка (ДСК, ЭМ, СЗМ, УФ)
Техника безопасности: стандартная техника безопасности для работы на электрооборудовании.
Примечания: желательна команда, способная обеспечить проект необходимым оборудованием.
кстати, можно попробовать на nanoModel промоделировать... если будет поставлена задача изучить процессы спекания частиц
Спасибо за вопрос и ценное дополнение.
Удобнее всего и интереснее будет исследовать частицы металлов (которые применяются в микросхемах (тот же Al или Cu) или керамику, т.к. по этим материалам достаточно много литературы.
Что касается NanoModel - мы изучим возможности использования данного пакета и перспективы сотрудничества. Будем рады иметь возможность его применить
Еще раз спасибо)
