Микро- и нанофлюидика - Основные образовательные

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ /Волосникова Л.М.
__________ _____________ 201__г.
МИКРО- И НАНОФЛЮИДИКА
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 222900.62 «Нанотехнологии
и микросистемная техника»
очная форма обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы ________________________/Федорец А.А./
«______»___________201__г.
Рассмотрено на заседании кафедры микро- и нанотехнологий
«__»___________2011 г., протокол №____.
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 16 стр.
Зав. кафедрой _________________ /Кислицын А.А./
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «____»_________ 2011 г., протокол №____.
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _________________/Глухих И.Н./
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Федорова О.А./
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра микро- и нанотехнологий
ФЕДОРЕЦ А.А.
МИКРО- И НАНОФЛЮИДИКА
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 222900.62 «Нанотехнологии
и микросистемная техника»
очная форма обучения
Издательство
Тюменского государственного университета
2011
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, физики, химии и информационных технологий
Кафедра микро- и нанотехнологий
ФЕДОРЕЦ А.А.
МИКРО- И НАНОФЛЮИДИКА
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 222900.62
«Нанотехнологии и микросистемная техника»
очная форма обучения
Тюменский государственный университет
2011
Федорец Александр Анатольевич. Микро- и нанофлюидика. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника», очная форма обучения. Тюмень, 2011. ____ стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Микро- и
нанофлюидика [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой микро- и нанотехнологий. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: зав. кафедрой микро- и нанотехнологий, д.ф.-м.н., профессор Кислицын А.А.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© А.А. Федорец, 2011.
Пояснительная записка
Цели и задачи дисциплины.
Целью дисциплины "Микро- и нанофлюидика" является получение студентами
междисциплинарного представления об основных явлениях и процессах, характерных для
микро- и наногетерогенных систем, важным компонентом которых являются текучие среды – флюиды.
Задачи учебного курса:

изучить основные природные и техногенные объекты, лежащие в сфере интересов
междисциплинарного направления микро- и нанофлюидика;

изучить явления и процессы, связанные со свойствами межфазных поверхностей жидкость/газ и жидкость/жидкость;

изучить свойства поверхностно-активных веществ и их роль в образовании микро- и
наногетерогенных систем;

изучить молекулярные и структурные механизмы взаимодействия на межфазных поверхностях жидкость/твердое тело;

изучить базовые физические процессы, лежащие в основе широкого спектра электрокинетических эффектов и явлений;

изучить современные методы исследования физико-химических характеристик флюидов в условиях микро- и наногетерогенных систем;

изучить современные микрофлюидные устройства и технологии, сферы их применения и перспективы развития в будущем.
Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Микро- и нанофлюидика» – это дисциплина, которая входит в основную часть профессионального цикла.
Для ее успешного изучения необходимы знания и умения, приобретенные (или
приобретаемые параллельно) в результате освоения предшествующих общепрофессиональных дисциплин: «Общая физика», «Математические методы моделирования физических процессов», «Интегральные уравнения и вариационное исчисление», а также некоторых и специальных дисциплин, в частности, «Теория теплофизических свойств веществ»,
«Физико-химические методы исследования вещества», «Термодинамика и физические
свойства наноструктур», физика плазмы, термодинамика и теплофизические свойства
наноструктур. Освоение дисциплины «Микро- и нанофлюидика» необходимо при подготовке и написании выпускной квалификационной работы.
Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате
освоения данной ООП ВПО.
В результате освоения ООП бакалавриата выпускник должен обладать следующими
компетенциями:
способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1);
способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в
новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расши-
рять и углублять своё научное мировоззрение (ОК-3);
способностью порождать новые идеи (креативность) (ОК-5);
способностью свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своей программой)
(ПК-1);
способностью использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2);
способностью самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в
области физики (в соответствии с профилем программы) и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-3);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать:
– основные природные и техногенные объекты, лежащие в сфере интересов междисциплинарного направления микро- и нанофлюидика;
– явления и процессы, связанные со свойствами межфазных поверхностей жидкость/газ и жидкость/жидкость;
– физико-химические свойства поверхностно-активных веществ и их роль в образовании микро- и наногетерогенных систем;
– молекулярные и структурные механизмы взаимодействия на межфазных поверхностях жидкость/твердое тело;
– современные микрофлюидные устройства и технологии, сферы их применения и
перспективы развития в будущем.
 Уметь:
– применять современные методы исследования физико-химических характеристик
флюидов в условиях микро- и наногетерогенных систем;
– применять расчетные формулы при решении задач микро- и нанофлюидики;
 Владеть:
– навыками работы с многоцелевым анализатором жидкостей «Фотекон».
1. Структура и трудоемкость дисциплины.
Данная дисциплина читается в 7 семестре. Форма аттестации –зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц.
Таблица 1.
Вид учебной работы
Всего часов
Семестры
7
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
18
18
Практические занятия (ПЗ)
36
36
-
-
Лабораторные работы (ЛР)
36
36
Самостоятельная работа (всего)
90
90
-
-
180
180
5
5
Семинары (С)
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
3. Тематический план.
Таблица 2.
Тематический план
№
Лабораторные
занятия*
Самостоятельная работа*
3
Семинарские
(практические)
занятия*
2
1
Лекции*
Тема
недели семестра
Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.
5
6
7
4
Итого
часов
по теме
Итого
количество
баллов
8
9
Первый семестр
Модуль 1
1.
1. Объекты исследования микронанофлюидики (введение).
1
1
2
2
6
9
1
2.
2. Межфазная поверхность жидкость/газ и жидкость/жидкость.
Статика.
1,2
1
2
4
5
12
8
3.
3. Поверхностно-активные вещества.
3
0,5
1
-
6
7,5
3
4.
4. Тонкие пленки и прослойки.
Расклинивающее давление.
3
0,5
1
-
6
7,5
3
5.
5. Испарение и конденсация. Аэрозоли.
3,4
1
2
4
5
12
9
6.
6. Диффузиофорез. Термофорез.
Термо- и диффузионный механизмы осмоса.
5
1
2
-
6
9
3
7.
7. Эффекты Марангони.
5,6
1
2
4
4
11
9
8.
8. Безразмерные числа в межфазной гидродинамике.
7
1
2
-
6
9
3
9.
9. Реология жидких сред. Течение
жидкостей в микроканалах.
7,8
1
2
4
5
12
9
10.
10. Коллоидные системы.
9
1
2
-
6
9
3
11.
11. Межфазная граница жидкость/твердое тело. Краевой угол
смачивания.
9,10
1
2
4
5
12
9
10
20
20
60
110
60
Всего
Второй семестр
Модуль 1
1.
12. Физические основы и приборная реализация метода фотеконскопии.
11-14
2
4
8
4
18
13
2.
13. Пленки Ленгмюра-Блоджетт.
13
1
2
-
6
9
3
3.
14. Компоненты микрофлюидных
устройств (клапаны, насосы, сенсоры и др.).
14
1
2
-
6
9
3
4.
15. Лаборатория на чипе (lab-on-achip).
15
1
2
-
6
9
3
5.
16. Диссипативная структура «капельный кластер»
15-16
2
4
4
4
14
9
6.
17. Технологии на основе диссипативной структуры «капельный кластер».
17-18
1
2
4
4
11
9
Всего
8
16
16
30
70
40
Итого (часов, баллов)
18
36
36
90
180
0-100
Таблица 3.
Электронный
практикум
Информационные
системы и
технологии
Выполнение домашнего задания
Отчет по лабораторной работе
Письменные работы
контрольная работа
ответ на семинаре
Устный опрос
собеседование
№ темы
Итого количество
баллов
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
1. Объекты исследования микронанофлюидики (введение).
0-1
2. Межфазная поверхность жидкость/газ и жидкость/жидкость.
Статика.
0-1
0-1
3. Поверхностно-активные вещества.
0-1
0-1
0-1
0-3
4. Тонкие пленки и прослойки. Расклинивающее давление.
0-1
0-1
0-1
0-3
5. Испарение и конденсация. Аэрозоли.
0-1
0-1
0-1
0-9
6. Диффузиофорез. Термофорез.
Термо- и диффузионный механизмы осмоса.
0-1
0-1
0-1
0-3
7. Эффекты Марангони.
0-1
0-1
0-1
0-9
8. Безразмерные числа в межфазной
гидродинамике.
0-1
0-1
0-1
0-3
0-1
0-6
0-6
0-6
0-8
9. Реология жидких сред. Течение
жидкостей в микроканалах.
0-1
0-1
10. Коллоидные системы.
0-1
0-1
11. Межфазная граница жидкость/твердое тело. Краевой угол
смачивания.
0-1
0-1
Всего
0-11
12. Физические основы и приборная реализация метода фотеконскопии.
0-6
0-1
0-9
0-1
0-3
0-6
0-1
0-9
0-10
0-30
0-9
60
0-1
0-1
0-10
0-1
0-13
13. Пленки Ленгмюра-Блоджетт.
0-1
0-1
0-1
0-3
14. Компоненты микрофлюидных
устройств (клапаны, насосы, сенсоры и др.).
0-1
0-1
0-1
0-3
15. Лаборатория на чипе (lab-on-achip).
0-1
0-1
0-1
0-3
16. Диссипативная структура «капельный кластер»
0-1
0-1
0-6
0-1
0-9
17. Технологии на основе диссипативной структуры «капельный кластер».
0-1
0-1
0-6
0-1
0-9
Всего
0-6
0-6
0-22
0-6
0-40
Итого
0-17
0-16
0-52
0-15
0-100
Таблица 4.
Планирование самостоятельной работы студентов
Модули
№
и темы
Виды СРС
обязательные
дополнительные
Неделя
семестра
Объем
часов
Кол-во
баллов
1
6
0-1
1,2
5
0-4
3
6
0-2
Девятый семестр
Модуль 1
1.1
1. Объекты исследования микро- нанофлюидики (введение).
1. Работа с учебной
литературой.
Докладпрезентация
2. Выполнение домашнего задания
3. Проработка лекций
1.2
2. Межфазная поверхность жидкость/газ и жидкость/жидкость. Статика.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1. 3
3. Поверхностно-
1. Работа с учебной
активные вещества.
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.4
4. Тонкие пленки и
прослойки. Расклинивающее давление.
1. Работа с учебной
литературой.
3
6
0-2
3,4
5
0-4
5
6
0-2
5,6
4
0-4
7
6
0-2
7,8
5
0-4
9
6
0-2
9,10
5
0-4
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.5
5. Испарение и конденсация. Аэрозоли.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.6
6. Диффузиофорез.
Термофорез. Термо- и
диффузионный механизмы осмоса.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.7
7. Эффекты Марангони.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.8
8. Безразмерные числа в межфазной гидродинамике.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.9
9. Реология жидких
сред. Течение жидкостей в микроканалах.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.10
10. Коллоидные системы.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
1.1
11. Межфазная граница жидкость/твердое тело.
Краевой угол смачивания.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
Докладпрезентация
Всего по модулю 1:
60
0-31
11-14
6
0-6
13
5
0-2
14
6
0-2
15
5
0-2
15
4
0-4
17,18
4
0-4
Всего по модулю 2:
72
0-20
ИТОГО:
90
0-51
Модуль 2
2.1
12. Физические основы и приборная реализация метода фотеконскопии.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
2.2
13.Пленки ЛенгмюраБлоджетт.
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
2.3
14. Компоненты микрофлюидных
устройств (клапаны,
насосы, сенсоры и
др.).
1. Работа с учебной
литературой.
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
2.4
Работа с учебной литературой.
15. Лаборатория на
чипе (lab-on-a-chip).
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
2.5
Работа с учебной литературой.
16. Диссипативная
структура «капельный кластер»
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
2.6
Работа с учебной литературой.
17. Технологии на
основе диссипативной структуры «капельный кластер».
2. Выполнение домашнего задания.
3. Проработка лекций
2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
п/
п
1.
Наименование
№
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
17
Дипломный
проект
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
3. Содержание дисциплины.
Тема 1. Объекты исследования микро- нанофлюидики (введение). Основные
наблюдения и понятия. Общая характеристика и классификация физических объектов и
процессов, относящихся к междисциплинарной области микро- нанофлюидике.
Тема 2. Межфазная поверхность жидкость/газ и жидкость/жидкость. Статика.
Поверхностная энергия жидкостей. Структура поверхностного слоя жидкости. Поверхностное и межфазное натяжение. Закон Юнга. Мениск жидкости. Капиллярный подъём.
Методы измерения поверхностного натяжения.
Тема 3. Поверхностно-активные вещества. Поверхностное натяжение растворов
поверхностно-активных веществ и электролитов. Влияние температуры на поверхностное
натяжение. Уравнение Лапласа. Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Классификация.
Практические свойства. Агрегация ПАВ.
Тема 4. Тонкие пленки и прослойки. Расклинивающее давление. Мыльные
плёнки. Чёрные плёнки. Поверхностные силы и расклинивающее давление. Методы измерения расклинивающего давления.
Тема 5. Испарение и конденсация. Аэрозоли. Гомогенная и гетерогенная нуклеация. Классификация ядер конденсации. Конденсационный рост капель. Методы измерения
размеров и концентрации аэрозольных частиц.
Тема 6. Диффузиофорез. Термофорез. Термо- и диффузионный механизмы осмоса. Осмотическое давление. Капиллярный осмос. Диффузиофорез. Термоосмос и термофорез.
Тема 7. Эффекты Марангони. Основы гидродинамики. Уравнения Навье-Стокса.
Капиллярные и гравитационные волны. Ячейки Бенара. Эффект Плато-Гибса-Марангони.
Течения, обусловленные градиентом поверхностного натяжения.
Тема 8. Безразмерные числа в межфазной гидродинамике. Рассматриваются
наиболее часто применяемые в микрофлюидике безразмерные числа: Фурье, Пекле, Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля, Грасгофа, Фруда, Струхала, Якоба, Бонда, капиллярности,
Марангони, Кнудсена.
Тема 9. Реология жидких сред. Течение жидкостей в микроканалах. Вязкие течения. Теория смазки. Вязкие неустойчивости: вязкие «пальцы» (Тейлора-Саффмана).
Инерционные и вязкие эффекты.
Тема 10. Коллоидные системы. Устойчивость коллоидов. Коагуляция. Сферические мицеллы. Критическая концентрация мицеллообразования. Форма мицелл. Самосборка. Пены.
Тема 11. Межфазная граница жидкость/твердое тело. Краевой угол смачивания. Уравнение адсорбции Гиббса. Изотермы адсорбции. Гидрофобные и гидрофильные
поверхности. Наступающий и отступающий краевой угол. Гистерезис контактного угла.
Способы изменения краевого угла (химическая и физическая модификация поверхностей).
Тема 12. Физические основы и приборная реализация метода фотеконскопии.
Фотеконограмма. Режим воздействия. Технические характеристики многоцелевого анализатора жидкостей «Фотекон». Обратная задача фотеконскопии. Классификация режимов
измерения. Области применения метода фотеконскопии.
Тема 13. Пленки Ленгмюра-Блоджетт. Молекулярные слои Ленгмюра-Блоджетт.
Полиморфизм монослоя. Поверхностное давление. π-А-изотермы. Весы Лангмюра. Перенос монослоев на твердые подложки. Области применения.
Тема 14. Компоненты микрофлюидных устройств (клапаны, насосы, сенсоры
и др.). Проблемы течения и перемешивания в каналах малой толщины. Межфазные
транспортные явления. Методы исследований (микро-PIV, AFM/SFA, FCS).
Тема 15. Лаборатория на чипе (lab-on-a-chip). Наночастицы и наноструктуры в
аналитических микрочипах. Микрофлюидные чипы для ПЦР. Биосенсоры. Электрофоретическое разделение ДНК на микрофлюидном чипе.
Тема 16. Диссипативная структура «капельный кластер». Физические условия,
необходимые для формирования капельного кластера. Процессы тепломассопереноса в
капельном кластере.
Тема 17. Технологии на основе диссипативной структуры «капельный кластер». Метод визуализации течений вблизи межфазной поверхности жидкость-газ. Метод
сверхточного дозирования растворов лекарственных и биологически активных веществ.
Метод детектирования аэрозольных наночастиц.
4. План лабораторных занятий.
Тема 1. Капиллярные волны на поверхности тонкого горизонтального слоя жидкости. (4 часа).
Тема 2. Диссипативная структура «ячейки Бенара» (4 часа).
Тема 3. Термо- и концентрационно-капиллярные течения жидких пленок (4 часа).
Тема 4. Термо- и концентрационно-капиллярный дрейф капель и пузырьков в
ячейке Хеле-Шоу (4 часа).
Тема 5. Гистерезис краевого угла смачивания (4 часа).
Тема 6. Основы метода фотеконскопии (8 часов).
Тема 7. Диссипативная структура «Капельный кластер» (4 часа).
Тема 8. Технические приложения на основе явления «капельный кластер» (4 часа).
5. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Примерные вопросы к экзамену
1. Поясните термины «Свободная поверхность» и «Поверхностное натяжение жидкости»?
2. Можно ли считать свободной поверхностью границу раздела двух не смешивающихся жидкостей?
3. Опишите основные свойства капиллярных волн.
4. Поясните физический смысл дилатационного модуля упругости пленки поверхностно-активного вещества.
5. Как зависит коэффициент затухания капиллярных волн от концентрации поверхностно-активного вещества? Объясните поведение этой зависимости.
6. По каким траекториям движутся жидкие частицы при распространении капиллярной волны?
7. Расскажите о методе измерения поверхностного натяжения, основанном на регистрации параметров капиллярных волн.
8. Расскажите историю открытия конвективных ячеек Бенара.
9. Какие механизмы конвективной неустойчивости могут реализовываться в однокомпонентных жидкостях? Если жидкость многокомпонентная?
10. Опишите процессы в горизонтальном слое жидкости со свободной поверхностью, происходящие по мере повышения температуры дна.
11. Выпишите систему уравнений, описывающую конвекцию Бенара-Марангони?
12. Что такое безразмерное число Марангони? В чем его физический смысл?
13. Какие типы конвективных ячеек Вы знаете?
14. Воспроизведите математическую постановку задачи об одномерном пленочном
термокапиллярном течении.
15. Запишите и прокомментируйте формулы для вычисления скорости пленочных
течений термо- и концентрационно-капиллярной природы. В чем их принципиальное отличие?
16. Что такое коэффициент адсорбции и как он влияет на направление пленочных
течений?
17. В каких системах может наблюдаться явление, получившее название термоосмос? Капиллярный осмос?
18. В каких природных процессах наблюдается самопроизвольный дрейф капель и
пузырьков, порождаемый свойствами поверхности раздела фаз.
19. Запишите формулу для вычисления скорости термокапиллярного дрейфа пузырька. Какие параметры системы оказывают наиболее сильное влияние на данную скорость.
20. В чем схожесть и в чем отличия термо- и диффузионно-капиллярных механизмов движения капель и пузырьков.
21. Запишите и прокомментируйте формулу для вычисления скорости концентрационно-капиллярного дрейфа пузырька.
22. Если в жидкости существует градиент концентрации примеси, повышающей
поверхностное натяжение, в каком направлении в этом случае будет двигаться газовый
пузырек?
23. Поясните термин «диссипативная структура».
24. Какие классические диссипативные структуры Вы знаете?
25. Опишите основные параметры типичного капельного кластера.
26. Перечислите физические механизмы, которые теоретически могут быть ответственны за устойчивость капель к коалесценции.
27. Какие процессы на Ваш взгляд могут давать эффект «мгновенного» исчезновения участков кластера, включающих десятки и сотни микрокапель?
28. Расскажите о научно-практических приложениях, в которых может найти применение диссипативная структура капельный кластер.
6. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной
работы в процессе изучения дисциплины «Микро- и нанофлюидика» предусматривается
использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:
 лекции;
 практические занятия;
 лабораторные занятия.
7.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
9.1. Основная литература:
1. Кислицын А.А., Федорец А.А. Термокапиллярные и концентрационнокапиллярные течения в тонких слоях жидкости. - Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2008. - 174 с. АБ(40)
2.
АБ(50)
Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии. М., И.Ц. «Академия». 2009. - 240 с.
3. Нанотехнологии и специальные материалы: учебное пособие / под ред. Ю.П.
Солнцев. - СПб : Химиздат, 2009. - 336 с.; То же [Электронный ресурс]. - URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=98343
________________________________________________________________
9.2. Дополнительная литература:
1.
Сычев, В.В. Сложные термодинамические системы - Москва: МЭИ, 2009. 296 с. КХ(1)
2.
Федорец А.А. Микрофлюидика. Тепломассоперенос в жидких пленках и
каплях: Учебно-методические рекомендации для студентов физического факультета. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2008. - 59 с. АБ(70)
3.
Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. - Долгопрудный.: Издательский
дом «Интеллект», 2008. - 568 с. АБ(15)
4.
Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур
и наноматериалов. - М.: КомКнига, 2006. - 592 с. АБ(13), КХ(2)
5.
Безуглый Б.А., Чемоданов С.И. Лазерная диагностика жидкостей. - Тюмень.:
Издательство Тюменского государственного университета, 2008. - 144 с. АБ(100)
6.
Ямпольская Г.П.. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных
растворах/ пер. с англ. - Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 528 с. КХ(1)
7.
Пригожин И.Р. Неравновесная статистическая механика. – Москва, 2009. 312 с. КХ(2)
8. Витязь, П.А. Основы нанотехнологий и наноматериалов : учебное пособие /
П.А. Витязь, Н.А. Свидунович. - Минск: Вышэйшая школа, 2010. - 304 с.; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=109924.
9. Ханефт, А.В. Основы механики сплошных сред в примерах и задача: учебное
пособие, Ч. 1. Гидродинамика / А.В. Ханефт. - Кемерово: Кемеровский государственный
университет, 2010. - 98 с.; То же [Электронный
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=232317&sr=1.
ресурс].
-
URL:
9.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. Альбом течений жидкости и газа. http://www.imec.msu.ru/content/nio/VanDaik
2. Микрофлюидика. http://www.nanometer.ru/2008/12/30/mikrofluidika_55128.html
3. eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
8. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, лабораторная аудитория, лабораторная экспериментальная установка «Кластер», многоцелевой анализатор
жидкостей «Фотекон».
Дополнения и изменения в рабочей программе на 201 / 201 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
______________________
Рабочая
программа
пересмотрена
и
одобрена
____________________ « »_______________201 г.
на
заседании
кафедры
Заведующий кафедрой ___________________/___________________/
Роспись
Ф.И.О.
Код компетенции
Карта компетенций
Формулировка компетенции*
Результаты
обучения в
целом**
ОК-1
Знает:
способностью демонстрировать
углубленные знания
в области математики и естественных
наук
Умеет:
Владеет:
Результаты обучения по уровням освоения материала
минимальный
базовый
повышенный
курс физики и математики, основы
стационарного тепломассообмена,
гидрогазодинамики
курс физики и курс
высшей математики, основы нестационарного тепломассообмена, диф.
уравнения конвекции, гидрогазодинамики
курс физики и основы математического
анализа, стац. и нестац. тепломасообмен, конвекция, микромасштабной гидрогазодинамики, физико-химические методы исследования
веществ
применять знания
об основных проблемах физики в
простых жизненных
ситуациях
применять знания
об основных проблемах физики в
сложных жизненных ситуациях
составлять математические модели физических процессов
навыками работы с
компьютерными
программами для
составления презентаций
технологией использования естественнонаучных
знаний; владеет
разными компьютерными способами
сбора, обработки и
представления информации
компьютерными методами визуализации
процессов
Виды занятий
(лекции, практические, семинарские, лабораторные)
лабораторные
занятия, лекции
Оценочные средства
(тесты, творческие
работы, проекты и
др.)
решение учебных
задач, комплексные ситуационные задания
ОК-3
способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической
деятельности новые
знания и умения, в
том числе в новых
областях знаний,
непосредственно не
связанных со сферой
деятельности, расширять и углублять
своё научное мировоззрение
Знает:
Умеет:
Владеет:
ОК-5
Знает:
способностью порождать новые идеи
(креативность)
Умеет:
Владеет:
курс физики и математики, основные
понятия, закономерности и методы
математического
моделирования изучаемых физических
систем и процессов
дискутировать и отстаивать собственную позицию
курс физики и основы математического
анализа, основные
понятия, закономерности и методы математического, физического и физикохимического моделирования физических систем и процессов
составить алгоритм составить програмлабораторные
расчета, (при необму, при решении
занятия
ходимости – воснаучнопользоваться изисследователь-ских
вестными пакетами задач производить
прикладных пронеобходимые вычисграмм)
ления на компьютере
методологией науч- экспериментальными
ного исследования и и теоретическими
научного поиска
методами исследований микромасштабных процессов тепломассопереноса
основные этапы
алгоритм генерации
творческого протворческих задач
цесса
выделять противонаходить решения
самостоятельная
речия между теори- устранения противоработа
ей и экспериментом речий
методами мониторинга
методами принятия
нестандартных ре-
самостоятельно выбирать адекватную
модель изучаемой
системы
системным представлением об изучаемом природном
объекте и средствах
измерения
общую структуру
научного метода
курс физики и курс
высшей математики, основные понятия, закономерности
и методы физического моделирования физических систем и процессов
приемами анализа и
синтеза
отчет по лабораторной работе,
ВКР, курсовая
работа
ВКР, написание
эссе, рефератов,
курсовых работ,
кейс
шений
ПК-2
Знает:
способностью использовать знания
современных проблем физики, новейших достижений
физики в своей
научноисследовательской
деятельности
Умеет:
современные проблемы физики, новейшие достижения
в области экспериментальной гидрогазодинамики и
теплофизики
основные фундаментальные разделы
физики, основы
тепломассообмена и
гидрогазодинамики,
компьютерные технологии
экспериментальные и
теоретические методы изучения процессов тепломассопереноса в гетерогенных
микромасштабных
системах
формулировать и
решать задачи, возникающие в ходе
научноисследовательской
деятельности
выбирать в зависимости от требуемых
целей законы, формы, правила, приемы познавательной
деятельности
мышления;
Модифицировать и
разрабатывать новые
методы, исходя из
задач конкретного
исследования, обрабатывать полученные
данные, представлять
итоги проделанной
лабораторные
работы в виде отчеработы
тов, рефератов, статей
сбором доступной
информации, представленной в данных различной природы; навыками работы с основными
научными категориями; навыками работы в офисных
компьютерных программах (Word,
Excel, Power Point и
навыками самостоятельной научноисследовательской
деятельности, требующей широкого
образования в
соответствующем
направлении
навыками постановки научноисследовательской
задачи
Владеет:
отчет по лабораторной работе,
ВКР, курсовая
работа
ПК-3
т.д.)
способностью самостоятельно ставить
конкретные задачи
научных исследований в области физики (в соответствии с
профилем программы) и решать их с
помощью современной аппаратуры,
оборудования, информационных технологий с использованием новейшего
отечественного и
зарубежного опыта
физические основы,
законы и явления
изучаемого процесса
физические основы,
законы и явления
изучаемого процесса, научные концепции, определяющие современный
уровень знаний
физические основы,
законы и явления
изучаемого процесса,
видит связь данного
явления или процесса с подобными явлениями прикладной
и фундаментальной
физики
использовать знания
для решения профессиональных
научных задач
использовать полученные результаты
эксперимента и анализировать их с известными теоретическими результатами или практическими расчетами
анализировать и интерпретировать полученные результаты
в ходе профессиональной научной деятельности
навыками классификации и обобщения основ, законов и
явлений изучаемого
процесса
навыками проведения эксперимента и
анализом полученных данных
методами проведения качественного и
количественного
анализа; способами
решения научных
проблем
Знает:
Умеет:
Владеет:
защита курсовых, дипломных
работ (проектов), выступление на студенческих научных
конференциях
решение научной
проблемы при
написании ВКР,
если та возникла
в ходе написания
диссертации