Шоканов Адильхан Касымбекович Профессор Доктор физико-математических наук ул.Толе би, 86  272-69-09 adilhan.shokanov@mail.ru

Стратегия развития

научно - образовательной лаборатории по нанотехнологии

Научно - образовательная лаборатория по нанаотехнологии (НОЛН) является научным структурным подразделением Института прикладной физики и математики  Казахского национального педагогического университета имени Абая и ставят целью решение актуальных фундаментальных, прикладных и научно-исследовательских, а также учебно-методических работ, имеющих высокую актуальность и образовательное значение.

НОЛН  создан для объединения и координации усилий подразделений  Казахского национального педагогического университета имени Абая по проведению научных исследований и образовательной работы в области нанотехнологий и наук о наносистемах.

НОЛН является организационной формой интеграции и координации усилий учебного, научного и инновационно-внедренческого потенциала подразделений  КазНПУ имени Абая для совместных действий в образовательной и научной областях, включая международную деятельность и популяризацию научных знаний.

В работе НОЛН могут принимать участие все факультеты, институты, центры, лаборатории и другие подразделения КазНПУ, ведущие научные исследования и организующие учебный процесс по тематике НОЛН.

Цели и задачи НОЛН

Целью НОЛН является высококачественная подготовка учителей школ и специалистов высшей квалификации в областях наносистем, наноматериалов и нанотехнологий на основе интеграции научно-педагогического потенциала подразделений КазНПУ в проведении фундаментальных и прикладных научных исследований, коммерциализации их результатов, разработке новых программ и методов, развивающих и объединяющих фундаментальные научные исследования и учебный процесс, методическое обеспечение образовательного процесса, развитие международного сотрудничества.

Для достижения цели необходимо решение следующих задач:

• Развитие и проведение фундаментальных и прикладных НИР и НИОКР в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий, а также исследований по нанометрологии, стандартизации и сертификации.

• Обеспечение взаимодействия фундаментальной и прикладной науки с образовательным процессом на всех его стадиях, включая использование результатов совместных научно-исследовательских работ в лекционных курсах, экспериментальной базы для выполнения учебно-исследовательских, лабораторных и курсовых работ, производственной и преддипломной практики.
• Привлечение квалифицированных сотрудников научных организаций к чтению спецкурсов и руководству учебно-исследовательскими, курсовыми и дипломными работами, практикой студентов и стажировкой аспирантов.
• Укрепление материально-технической базы образовательного процесса, научных исследований и технологических разработок в области нанотехнологий и наук о наносистемах в КазНПУ.
• Повышение уровня учебно-методической работы путем создания новых учебных программ, учебников, учебных и методических пособий, в том числе на электронных носителях.
• Обеспечение подготовки и переподготовки кадров для отечественной наноиндустрии в тесном взаимодействии с государственными корпорациями и реальным сектором экономики, трудоустройство выпускников в наукоемкие инновационные компании, институты МОН РК, другие научно-исследовательские центры, научные парки, центры трансфера технологий.
• Организация эффективного взаимодействия с другими НОЛН и ВУЗами для разработки образовательных стандартов нового поколения, реализации студенческого обмена и обучения бакалавров по программам специализированной магистерской подготовки в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий.
• Осуществление международного сотрудничества в области нанонауки и нанотехнологий путем выполнения контрактов, участия НОЛН в работе международных конференций, организация международного обмена сотрудниками, студентами и молодыми учеными с профильными университетами и лабораториями мира, международными научными и образовательными организациями и фондами.
• Создание инфраструктуры поддержки исследований путем включения учебно-научного оборудования Участников НОЛН в единый Центр коллективного пользования.
• Популяризация научных знаний и довузовская профориентационная работа, проведение школьных, вузовских олимпиад, научно-практических конференций студентов и магистров, мастер-классов и выставок, разработка и практическая реализация мер по мотивации талантливой молодежи для профессиональной карьеры в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий.
• НОЛН в рамках КазНПУ имени Абая проводит исследовательские работы по нанотехнологии совместно с сотрудниками подразделения университета (факультеты, научные центры, научно-исследовательские и проектно-конструкторские  лабораторий и др.).
• НОЛН для проведения занятий и ведения научных исследований по нанотехнологии, со студентами, магистрантами, докторантами PhD и преподавателями, повышающими свои квалификации, приобретает учебных и научных приборов и оборудований за счет средств университета.
• Основные оразовательные задачи научно - образовательный лаборатории по нанаотехнологии заключается в следующем:

- теоретическое обоснование введения нанотехнологии в школьную программу в системе12 летнего среднего образования;

-определение цели, методов и формы преподавания нанотехнологии в школе, колледже и вузе;

- разработать концепцию обучения нанотехнологии в образовательных учреждениях;

- теоретико-методологическое обоснование целостной методической системы обучения нанотехнологии, исходя из мирового образовательного опыта;

- обеспечение единства теоретических исследований и передовой практики в области преподавания нанотехнологии;

- внести весомый вклад на объединение творческих потенциалов отечественных ученых, учителей, преподавателей и студентов педагогических высших учебных заведений вокруг исследования проблем обучения нанотехнологии;

-  принимать активное участие в подготовке бакалавров, магистров и докторантов PhD по специальностям: физика, математика, информатика, информационная технология, приборостроение, химия и биология. Для этого необходимо ввести в учебные планы этих специальностей курсы по выбору и спецкурсы по нанотехнологии.

• НОЛН проводит теоретические и экспериментальные исследования в области утвержденных для них научных направлений, оказывает соответствующим ведомствам и организациям помощь в проведении работ по методическим разработкам, а также в последующем внедрении их в учебный процесс.
• При наличии целевого финансирования НОЛН из международного, республиканского или региональных источников ежегодные планы научно-исследовательских работ и предложения по внедрению их результатов представляются на утверждение заказчику (Министерству образования и науки, других министерств и агентств).

Средства, финансирование и материально-техническое обеспечение лаборатории

Средства НОЛН складываются:

а) из средств и лимитов, поступающих по договорам от заказчиков;

б) ассигнований по госбюджету, выделяемых за счет Международных,  Республиканских целевых и других программ и грантов по сметам на основании заявок, утвержденного плана работы и соответствующих государственных, внутриуниверситетских (ректорских) грантов, контрактов и научных проектов;

в) целевых ассигнований, лимитов и материально-технических ресурсов на выполнение специальных заданий и поручений НОЛН, выделяемых по госбюджету сверх общих ассигнований лимитов и фондов на содержание подведомственных высших учебных заведений;

г) средств, выделяемых ректоратом на период становления и расширение материально-технической базы НОЛН в рамках реализации комплексной программы развития университета;

д) добровольных взносов, даров и спонсорской помощи юридических лиц и граждан в виде интеллектуальной собственности, информационных фондов, программных продуктов, материально-технических ресурсов и денежных средств.

4.2 Основным органом, регулирующим финансовые взаимоотношения между НОЛН и университетом (в рамках средств фонда развития науки) является УН университета.

В его функции входит:

- расстановка приоритетов в выделении средств;

- определение целесообразности финансирования НОЛН на те или иные цели;

- определение размеров и механизма отчислений в университет (на накладные расходы и др.) для каждой, отдельно взятой НОЛН.

4.3 НОЛН по согласованию с заведующими кафедрами и руководителями иных структурных подразделений университета на договорной основе могут использовать их оборудование, машины, приборы и аппараты, а также техническую документацию, необходимые для выполнения научно-исследовательских работ лаборатории.

4.4 Все имущество, оборудование, приборы, оргтехника и т.п., находящееся в пользовании НОЛН, не может передаваться третьим лицам без решения ректората университета.

Программа спецкурса по нанотехнологии для  студентов физико-математического и химико-биологического факультетов педагогических специальностей КазНПУ имени Абая

   НАНО-волна докатилась до департаментов образования, т.е. до школ и учеников.  Чтение спецкурсов и проведение практических занятий по нанотехнологии  для студентов естественно-научных  педагогческих специальностей является требованием времени.  Так как  в настоящее время по нанотехнологии в школах учителя проводят специальные элективные занятия.

Пояснительная записка

  Нанотехнологии - это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы. Нанотехнологии впитали в себя самые последние достижения физики, химии и биологии. Нанотехнологии представляют собой основу очередной технологической революции - переход от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами. О том, что такое нанотехнологии, будет рассказано на занятиях.

   Данные занятия предназначены для  студентов физико-математического  и химико-биологических факультетов и подобных профилей, учебный план включает в себя 2 часов в неделю. Курс основан на знаниях, полученных студентами при изучении физики,химии,биологии в основной и средней школе.

   Занятия (спец курс) рассчитан на 68 часов (2 час в неделю).

Цель курса:

- познакомить студентов с новой отраслью знаний - нанотехнологиями.

Основные задачи курса:

• расширение представлений студентов о физической картине мира на примере знакомства со свойствами нанообъектов;
• реализация межпредметных связей, т.к. для развития нанотехнологий требуются знания физики, биологии, химии и других наук;
• приобретение знаний об истории возникновения нанотехнологий, о методиках, используемых при создании нанообъектов, об уникальных свойствах наноматериалов, об их применении и перспективах развития этой отрасли науки.

       При проведении занятий целесообразны лекции и семинары. К семинарам студенты  с помощью преподавателя находят информацию, касающуюся темы семинара, из научно-популярной литературы и сайтов Интернета. Работа студентов по этому курсу может оцениваться в конце года по результатам зачёта.

Содержание курса.

 Введение (2 часа)

      Положение нанообъектов на шкале размеров. Ричард Фейнман - пророк нанотехнологической революции. Почему освоение наномира может быть так полезно для человечества? Эрик Дрекслер и его книга «Машины созидания». Нанороботы.       Нанотехнологии внутри и снаружи нас. Нанотехнологии - область знаний, где объединяются усилия физиков, химиков, биологов, врачей, инженеров - электроников, математиков и специалистов самых разных специальностей для очередного прорыва на пути человечества к прогрессу.

Инструменты и методы наномира (6 часов)

       Пути создания нанообъектов: «снизу-вверх» или «сверху-вниз». Можно ли увидеть молекулы в микроскоп? Сканирующий электронный микроскоп. Как атомно-силовая микроскопия чувствует прикосновение атомов. Что такое туннельный микроскоп. Лазерный пинцет - инструмент для передвижения нанообъектов.

Наноматериалы (4 часа)

     Особая роль углерода в наномире. Графен - слой графита. Фуллерены - наношарики из углерода. Углеродные нанотрубки - трубки из графена. Нанопроволоки. Дендримеры - капсулы наноразмеров. Самоорганизация нанообъектов и её использование при создании наноматериалов. Моделирование наноструктур.

Физические и химические свойства нанообъектов (6 часов)

      Большое отношение поверхности к объёму - основное свойство нанообъектов. "Эффект лотоса". Отсутствие дислокаций - причина колоссальной прочности нанопроволок и нанотрубок. Почему температура плавления металлических нанообъектов уменьшается на сотни градусов? Квантовые явления в наномире. Почему электрическое сопротивление нанотрубки не зависит от её длины. Квантовые точки - искусственные атомы наномира. Зависимость цвета в наномире от размера объектов. Нанохимия - невозможное становится возможным.

Наноэлектроника (5 часов)

      Полевой транзистор - основной элемент цифровых электронных схем. История создания и современное воплощение. Фотолитография или как рождается микросхема. Закон Мура - удвоение плотности транзисторов в микросхемах каждые два года. Современный транзистор - это уже нанотранзистор. Основная болезнь нанотранзистора - высокая температура. Углеродные нанотрубки - будущие элементы нанотранзисторов. Наносенсоры - глаза для наноэлектроники. Наномоторы - мышцы нанороботов.

Наномедицина и биотехнология (5 часов)

        Генная инженерия. Использование ДНК для синтеза лекарств. Трансгенные животные и растения. Генмодифицированные продукты: за и против. Нанотехнологии против вирусов и бактерий. Адресная доставка лекарств, упакованных в нанокапсулы, больным клеткам. Нанотехнологии в борьбе с раковыми заболеваниями. Нанотехнологии в диагностике. Возможные риски использования наноматериалов.

Нанотехнологии вокруг нас (4 часа)

      Примеры товаров, созданных с использованием нанотехнологий и причины их уникальных свойств. Несмачиваемые и всегда чистые ветровые стёкла, диски колёс и т.п. Созданные на основе наночастиц оксида титана и серебра поверхности, обладающие бактерицидными свойствами. Нанокомпозитные материалы. Нанотехнологии в различных областях производства. Нанотехнологии в энергетике и экологии. Нанотехнологии в криминалистике и косметике. Динамика развития нанотехнологий в России и за рубежом. Перспективы мировой наноэкономики.

Аттестация (2 часа)

Работа студентов по данному   курсу оценивается после их ответа на 2-3 вопроса, содержащиеся в билетах с учётом активности и выступлений на семинарах в течение всего курса.

Литература

1. «Нанотехнологии. Азбука для всех». Сборник статей под редакцией Ю. Третьякова, М., Физматлит, 2007.
2. «Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника». Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева, М., Техносфера, 2006.
3. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. «Наноструктурные материалы», М., Академия, 2005.
4. Андрюшин Е.А. «Сила нанотехнологий: наука & бизнес», М., Фонд «Успехи физики», 2007.
5. Кобаяси Н., Введение в Нанотехнологию, изд-во Бином, 2005.
6. Пул Ч., Оуэнс Ф. «Нанотехнологии», М., Техносфера, 2006.
7. Ратнер М., Ратнер Д. «Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи», Изд-во «Вильямс», 2005.
8. Харрис П. «Углеродные нанотрубы и родственные структуры», М., Техносфера, 2003.
9. Богданов К.Ю. «Что могут нанотехнологии?», газета «Физика» (изд. дом «Первое сентября»), №22 (2007), №2 (2008).

  10.Шоканов А.К. Мукашев К.М. Радиационные процессы в металлических системах и мессбауэровская спектроскопия. Изд-во Улагат 2012,305с

Список лабораторных работ по нанотехнологии .

1. Получение первого СЗМ изображения. Обработка и представление результатов эксперимента (1.79 Mb)

Цели работы

Изучение основ сканирующей зондовой микроскопии

Изучение конструкции и принципов работы прибора NanoEducator

Получение первого СЗМ изображения

Получение навыков обработки и представления экспериментальных          результатов

Определение основных параметров датчика силового взаимодействия прибора NаnoEducator и параметров СЗМ эксперимента

Получение топографии поверхности и фазового контраста исследуемого образца

2. Артефакты в сканирующей зондовой микроскопии (1.44 Mb)

 Цели работы 

Изучение источников артефактов в сканирующей зондовой микроскопии

Исследование основных характеристик пьезоэлектрической керамики и СЗМ сканера

Определение формы зонда и разрешения СЗМ

3.Сканирующая зондовая литография (1.20 Mb)

Цели работы
Изучение физических основ зондовой нанотехнологии

Изучение различных видов литографии, выполняемых с помощью сканирующего зондового микроскопа

Получение практических навыков выполнения динамической силовой литографии

4.Обработка и количественный анализ СЗМ изображений (792.50 Kb)

Цель работы
Получить практические навыки в области обработки и количественного анализа СЗМ изображений.

5.Применение сканирующего зондового микроскопа для исследования биологических объектов (2.10 Mb)

Цели работы
Научиться готовить биологические препараты для исследований

Получить СЗМ изображение комплекса кисломолочных бактерий

Научиться основам обработки и представления результатов измерений

5.Изучение микрофлоры воды с помощью сканирующей зондовой микроскопии (1.88 Mb)

Цели работы
Изготовить биологические препараты на основе проб воды из различных источников - дистиллированной, кипяченой, водопроводной, аквариумной и пр.

Получить СЗМ изображения с применением метода фазового контраста

Провести анализ и обработку результатов

6. Получение первого СЗМ изображения. Обработка и представление результатов эксперимента (1.20 Mb)

Цели работы
Изучение основ сканирующей зондовой микроскопии

Изучение конструкции и принципов работы прибора NanoEducator

Получение первого СЗМ изображения

Получение навыков обработки и представления экспериментальных результато

Штатное расписание

    План мероприятий

Научно-образовательной лаборатории по нано технологии

по реализации Послания Президента народу Казахстана «Стратегия «Казахстан -2050»: новый политический курс состоявшегося государства» от 14 декабря 2012года