Всероссийская Интернет – олимпиада «Нанотехнологии – прорыв в будущее!» (http://enanos.nanometer.ru) официально включена в реестр Российского Совета Олимпиад Школьников РСОШ под номером 7, ей присвоен 1 уровень (http://info.olimpiada.ru/article/681). Традиционно в олимпиаде 2017 / 2018 года по комплексу предметов (химия, физика, математика, биология) смогут принять участие школьники 7 – 11 класса, будут конкурсы и для более младших школьников («Юный эрудит»), состоится ставший уже традиционным конкурс проектных работ школьников («Гениальные мысли»); студенты и аспиранты, молодые ученые смогут принять участие в конкурсе научно – популярных статей по материалам собственных научно – исследовательских работ («Просто о сложном»), а также в конкурсе тьюторов; 3 победителя нового конкурса National Student Team Contest пополнят костяк команды на международную наноолимпиаду, сформированный в 2017 году. Задания новой XII Олиипиады будут открыты в ноябре – декабре 2017 года на сайте олимпиады http://enanos.nanometer.ru.
С целью ускоренной подготовки к олимпиадам данной серии всех участников мы публикуем три блока дистанционной поддержки участников, выступающих в роли трех взаимодополняющих друг друга образовательных курсов, материалы которых могут быть также использованы и во время заочного, отборочного, этапа олимпиады: Часть 1. Наноматериалы и нанотехнологии (теоретические аспекты), Часть 2. Решение задач и проектная работа (образование и самоподготовка), Часть 3. Методы исследований в нанотехнологиях (практика).
Все блоки содержат расширенные подборки актуальных ссылок на соответствующие тематические материалы, размещенные на сайте www.nanometer.ru, а также ссылки на опросники – викторины самоподготовки для контроля усвоения материалов. Дистанционное обсуждение материалов возможно с использованием системы комметариев сайта. Технические вопросы – по адресу enanos@nanometer.ru.
В ТРЕТЬЕЙ части рассматриваются экспериментально - практические материалы, связанные с методами анализа продуктов нанотехнологий, в том числе стандартные аналитические, физико – химические и структурные методы анализа.
Участники могут изучать отдельно данный курс или же комбинировать его с двумя предыдущими.
1. Инструменты нанотехнологий
Цель: ознакомление с основами важнейших методов анализа наноматериалов и манипулирования ими
Аудитория: школьники 7 - 11 классов
Краткая пояснительная записка: Получить наноматериал, нанообъект - это только половина дела, иногда даже не самая главная. Вторая половина - изучить то, что было получено. Это важно для того, чтобы доказать себе и другим, что имеешь дело именно с наноматериалом, причем именно тем, который хотел получить. Без детального исследования и подтверждений относительно полученных экспериментально продуктов нанотехнологий не опубликуешь хорошую статью в высокорейтинговом журнале. Вообще говоря, для того, чтобы сделать продукты нанотехнологий коммерчески доступными и привлекательными, чтобы исключить их негативное влияния на природу и человека, их необходимо сертифицировать, то есть исследовать по определенным, узаконенным (стандартным) методикам на сложном оборудовании. А если при исследовании удалось открыть что-то новое, то это, скорее всего, приведет к новым идеям по синтезу новых веществ и материалов, то есть к новому циклу исследований важнейших взаимоотношений в цепочке "состав - структура - свойства", которая всегда является определяющей при разработке новых функциональных, конструкционных, биологически активных материалов. Разработка современного оборудования, используемого при анализе наноматериалов, явилась своеобразным ускорителем (катализатором) в создании наноматериалов. Можно даже сказать, что создание новых приборов и визуализация наномира дала толчок развитию нанотехнологий вообще. В любом случае, следует знать и понимать основные методы исследований, которые существуют в области нанотехнологий.
Основные лекции:
- Лекция 1. Сканирующая зондовая микроскопия, туннельная микроскопия, атомно - силовая микроскопия. Ознакомление с принципами функционирования и методиками измерений с использованием СЗТ, СТМ и АСМ. Обсуждение эффективности применения различных режимов работы приборов для анализа тех или иных наноматериалов и нанообъектов.
- Лекция 2. Кантилевер. Устройство кантилевера. Обсуждение способов производства кантилеверов и их направленной модификации под заданные цели исследования.
- Лекция 3. Устройства нанопозиционирования. Принципы работы устройств нанопозиционирования. Обсуждение физических явлений, используемых при (для) создания устройств нанопозиционирования.
- Лекция 4. Нановесы. Устройства определения массы одиночных молекул. Обсуждение физических принципов "взвешивания" молекул и основных инженерных решений для таких устройств.
- Лекция 5. Наноиндентер. Устройство наноиндентера. Обсуждение вопросов анализа микротвердости и функциональных параметров материала, определяемых при наноиндентировании.
- Лекция 6. Нанопинцет. Устройство нанопинцета (наноманипулятора). Обсуждение принципов создания устройств для контролируемого перемещения отдельных нанообъектов.
- Лекция 7. Оптический пинцет. Устройство оптического пинцета, обсуждение картины физических процессов, лежащих в основе функционирования оптического пинцета.
- Лекция 8. Нанотермометр. Пример устройства нанотермометра. Обсуждение вопроса о возможности и целесообразности измерения температур с помощью нанотермометров.
- Лекция 9. Электронная микроскопия. Устройство электронного микроскопа. Обсуждение основных принципов, лежащих в основе растровой и просвечивающей электронной микроскопии.
- Лекция 10. Синхротронное излучение. Устройство (принципиальная схема работы) синхротрона. Обсуждение группы методов, использующих для анализа наноматериалов синхротронное излучение.
- Лекция 11. Ядерный магнитный резонанс. Принципы ЯМР. Обсуждение возможностей использования ЯМР - спектроскопии и ее модификаций для анализа наноматериалов.
Дополнительный материал:
- Введение в методы анализа
- Основы рентгеновской дифракции в материаловедении
- Основы электронной микроскопии
- Основы магнитных методов анализа
- Основы сканирующей зондовой микроскопии
- Измерение площади поверхности
- Импеданс - спектроскопия
- Мессбауэровская спектроскопия
- Примеры синтеза наноматериалов
- Термический анализ
- ИК - спектроскопия
- Современные методы анализа: электронная микроскопия и рентгенофазовый анализ
- Современные методы анализа: спектроскопия
- СЗМ
- Дифракция в кристаллах
- Измерение длины
- Ядерная гамма-резонансная спектроскопия
- СКВИД - магнетометр
- Туннельный микроскоп
- Методы исследования и диагностика наносистем
- Как работает оптический пинцет
- Сенсоры
- Существует ли цвет в наномире
- Нанобиоаналитические системы
Вопросы и викторины для самоконтроля:
2. Обзор методов получения наноматериалов в "Избранных главах нанохимии и функциональных наноматериалов":
- Введение
- Самосборка и самоорганизация
- Методы получения наноматериалов
- Области применения наноматериалов
- Основы нанотехнологий
- Методы получения материалов наноэлектроники
- Классификация и свойства дисперсных систем
- Функциональные, композитные наноматериалы и методы их получения
3. Лекции и видеоматериалы Научно-образовательного Центра МГУ по нанотехнологиям:
- Лекция 4. Методы получения наночастиц (Член-корреспондент РАН, профессор Е.А. Гудилин)
- Лекция 5. Нанотехнология и "мягкая" материя (Академик РАН, профессор А.Р. Хохлов)
- Лекция 6. Моделирование в области нанотехнологий (Профессор П.Г. Халатур)
- Лекция 7. Методы исследования и диагностика наносистем (Профессор В.И. Панов)
- Лекция 8. Наноматериалы (Член-корреспондент РАН, профессор Е.А. Гудилин)
- Лекция 9. Микро/нанофлюидика (Профессор О.И. Виноградова)
- Лекция 11. Физика наноустройств (наноэлектроника, МЭМС, сенсоры) (Профессор А.Н. Образцов)
- Лекция 12. Физика наноустройств (устройства оптоэлектроники и наноэлектроники) (Профессор В.Ю. Тимошенко)
- Лекция 18. Нанобиоаналитические системы (Профессор И.Н. Курочкин)
4. Общая подборка материалов по тематике:
- Атомно-силовая микроскопия
- Нановесы
- Кантилевер
- Наноиндентер
- Нанопинцет
- Системы нанопозиционирования
- Оптический пинцет
- Сканирующая зондовая микроскопия
- Синхротронное излучение
- Сканирующая туннельная микроскопия
- Нанотермометр
- Электронная микроскопия
- Ядерный магнитный резонанс
- Нанометрология
- Как измеряются расстояния между атомами в кристаллах
- Измерение длины
- Эффект Мёссбауэра
- Что такое СКВИД?
- Закон Ома для разомкнутой цепи и… туннельный микроскоп
- Сканирующая зондовая микроскопия
- Мир нанотехнологий
- Методы исследования и диагностика наносистем
- Нанобиоаналитические системы
- Современные методы анализа (электронная микроскопия, РФА, РСМА)
- Современные методы анализа (спектроскопические методы анализа)
- Наноконтактная печать, штампы и зонды
- Методы исследования неорганических веществ и материалов
- Технологии получения новых наноструктурированных материалов и их комплексное использование (ЦКП, Отделение Факультета наук о материалах)
- Методы исследования веществ в нанокристаллическом состоянии
