 | Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів |
[kpo03_mn] Передові композитні матеріали та супергідрофобні поверхні
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Другий (магістерський) |
| Галузь знань | 16 - Хімічна та біоінженерія |
| Спеціальність | 161 - Хімічні технології та інженерія |
| Освітня програма | 161Мн ХТІ+ - Хімічні технології та інженерія (ЄДЕБО id: 57750) |
| Статус дисципліни | Нормативна |
| Форма здобуття вищої освіти | Очна |
| Рік підготовки, семестр | 1 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 5 кред. (Лекц. 36 год, Практ. 36 год, Лаб. 0 год, СРС. 78 год ) |
| Семестровий контроль/контрольні заходи | Екзамен |
| Розклад занять | https://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лекц.: Миронюк О. В., Практ.: Черняк Л. П., |
| Розміщення курсу |
Програма навчальної дисципліни
1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Матеріали є основою виробів: від будівель, автомобілів, літаків до сучасних елементів електроніки, біосумісних імплантів людських кісток, адсорбентів, систем сонячної енергетики, тощо. Кінцеві експлуатаційні властивості матеріалів визначаються їх хімічним складом та структурою на різних рівнях. Тому розуміння класифікації матеріалів, закономірностей формування їх властивостей, меж цих властивостей і придатності для окремих застосувань дає можливість здобувачу вищої освіти використовувати ці знання в удосконаленні існуючих та проектуванні нових хіміко-технологічних процесів, одержані передових матеріалів і покриттів та регулювання їх властивостей.
Метою навчальної дисципліни є формування та закріплення у студентів наступних здатностей: застосовувати знання у практичних ситуаціях (К2); використовувати результати наукових досліджень і дослідно-конструкторських розробок для вдосконалення існуючих та/або розробки нових технологій і обладнання хімічних виробництв (К7); ідентифікувати, аналізувати і з науково-обґрунтованою аргументацією планувати стратегію вирішення хіміко-технологічних проблем і задач хімічних виробництв (К10); використовувати сучасні методи досліджень, проводити наукові експерименти та вирішувати актуальні технічні задачі в області хімічних технологій та інженерії (К11).
Програмні результати навчання, на формування та покращення яких спрямована дисципліна: Оцінювати технічні і економічні характеристики результатів наукових досліджень, дослідно-конструкторських розробок, технологій та обладнання хімічних виробництв (ПР4); Застосовувати передові знання сучасних концепцій, практик та методів для вдосконалення існуючих матеріалів та функціональних покриттів для визначення та прогнозування ключових параметрів і властивостей нових матеріалів та функціональних покриттів, в умовах лабораторії або виробництва (ПР8); Вміти застосовувати методи і підходи передових досліджень в сфері хімічних технологій та інженерії (ПР12); Вирішувати проблеми в області хімічної технології та інженерії як за стандартними підходами, так й власними оригінальними методиками (ПР13).
2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Для успішного засвоєння дисципліни студент повинен мати повна вищу освіту рівня «бакалавр» за спеціальністю 161 Хімічні технології та інженерія володіти базовими дисциплінами зі спеціальності: загальна та неорганічна хімія, органічна хімія, фізична хімія, загальна хімічна технологія.
3. Зміст навчальної дисципліни
Розділ 1. Стан та тренди створення перспективних матеріалів та виробів
Тема 1.1. Сучасні уявлення про перспективні матеріали та вироби. Терміни та визначення
Тема 1.2. Нові матеріали як фактор інноваційного розвитку світу та України
Тема 1.3. Властивості та якість матеріалів як фактори конкурентоспроможності
Розділ 2. Структура та властивості поверхні матеріалів
Тема 2.1. Основні положення сучасного матеріалознавства
Тема 2.2. Різновиди матриці, армуючих компонентів та покриття як факторів структури та властивостей матеріалів
Розділ 3. Різновиди перспективних матеріалів та напрямки їх створення
Тема 3.1. Функціональне призначення та спеціальні властивості матеріалів
Тема 3.2. Матеріали конструктивні, теплоізоляційні, облицювальні, захисні та декоративні, спеціального та військового призначення
Розділ 4. Композити з полімерною матрицею
Тема 4.1. Види та класифікація полімерних композитів, передових технологій їх одержання та переробки у вироби
Тема 4.2. Регулювання властивостей полімерних композитів
Тема 4.3. Нанодобавки як інструмент удосконалення властивостей пластиків
Тема 4.4. Екологічна сумісність полімерних композитів та шляхи її покращення
Тема 4.5. Довговічність, старіння і експлуатаційна надійність
Розділ 5. Супергідрофобні поверхні
Тема 5.1. Особливість супергідрофобного стану змочування: математичний опис, вимоги до структури та хімічного складу матеріалів, приклади в живій природі
Тема 5.2. Способи одержання супергідрофобних поверхонь, проблеми, які обмежують масштабування та шляхи розвитку технології
4. Навчальні матеріали та ресурси
Навчальні матеріали, зазначені нижче, доступні у бібліотеці університету та на сторінці курсу в G-Suite. Обов’язковою до вивчення є базова література, інші матеріали – факультативні. Розділи та теми, з якими студент має ознайомитись самостійно, викладач зазначає на лекційних та практичних заняттях.
- Передові композитні матеріали та супергідрофобні поверхні [Електронний ресурс] : підруч. для здобувачів ступеня магістра за спец. 161 Хімічні технології та інженерія / О. В. Миронюк та ін: КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електрон. текст. дані (1 файл). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024. – 229 с. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/67226
- Кисла Г.П., Лобода П.І., Федорчук В.Є., Сисоєв М.О.. Матеріалознавство тугоплавких металів та сполук. Навч. посібник. – Київ: Цетр учбової літератури, 2017. – 320 с.
- Будівельне матеріалознавство. Підручник. Дворкін Л.Й., Лаповська С.Д. К.: Кондор-Видавництво, 2017. – 472 с.
- Kalpana Awasthi, Arti Srivastava , Mridula Tripathi . Materials Science: Future Aspects // 2022. - 262 p.
- Inamuddin (ed.) Green Polymer Composites Technology: Properties and Applications CRC Press, 2016. — 600 p. — ISBN10: 149871546X, 13 978-1498715461.
- Захарченко П.В., Галаган Ю.О., Гавриш О.М.. Сучасні композиційні будівельно-оздоблювальні матеріали. Підручник. - К.: КНУБА, 2005. - 512с.
- Волков B.C., Ковальчук Є.П., Огенко В.М., Решетняк О.В. Нанохімія, наносистеми, наноматеріали Київ: Наукова думка, 2008. — 424 c.
- Сучасні українські будівельні матеріали, вироби та конструкції: науково-практичний довідник; авт. ідеї та кер. пр-ту І.М.Салій; за ред. К.К.Пушкарьової; Асоціація “Всеукр. союз виробників буд. матеріалів та виробів”. – К.:ВСВБМВ,2012 .-658 с.
- Савчук П.П., Кашицький В.П., Мельничук М.Д., Садова О.Л. Композитні та порошкові матеріали Навчальний посібник. — Луцький НТУ. — Луцьк: ФОП Теліцин О.В., 2017. — 368 с. — ISBN 978-617-7070-88-6.
- Карапузов Е.К., Соха В.Г., Остапченко Т.Е. Матеріали і технології в сучасному будівництві: Підручник. - К.: Вища освіта, 2004.- 416с.
- Дорогань Н.О., Свідерський В.А., Черняк Л.П. Білий портландцемент – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, вид-во «Політехніка», 2018. – 204 с.
- Виготовлення та тестування композитів з різновидами мінеральних зв’язуючи і наповнювачів : лабораторний практикум / [В.М. Пахомова, Н.О. Дорогань, Л.П.Черняк] // Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, вид-во «Політехніка», 2019. – 68 c.
- Кондращенко О.В. Матеріалознавство Навчальний посібник. –- Харків: ХНАМГ, 2007. –- 183 с.
- Superhydrophobic Surfaces CRC Press, 2009. — 495 p. — International Standard Book Number-13: 978-9-00-419333-8
Навчальний контент
5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття
Вичитування лекцій з освітньої компоненти проводиться паралельно з виконанням студентами лабораторних робіт та розглядом ними питань, що виносяться на самостійну роботу. При читані лекцій застосовуються засоби для відеоконференцій (Google Meet, Zoom тощо) та ілюстративний матеріал у вигляді презентацій, які розміщені на платформі Sikorsky-distance. Після кожної лекції рекомендується ознайомитись з матеріалами, рекомендованими для самостійного вивчення, а перед наступною лекцією – повторити матеріал попередньої.
|
№ |
Дата |
Опис заняття |
|
1 |
Перший тиждень |
Вступ. Сучасні уявлення про перспективні матеріали та вироби. Терміни та визначення. Нові матеріали як фактор інноваційного розвитку світу та України. |
|
2 |
Другий тиждень |
Властивості та якість матеріалів як фактори конкурентоспроможності. |
|
3 |
Третій тиждень |
Основні положення сучасного матеріалознавства. |
|
4 |
Четвертий тиждень |
Основні види неметалічних матеріалів (полімери, композиційні матеріали, кераміка, скло, бетони, та інш.). |
|
5 |
П’ятий тиждень |
Функціональне призначення та спеціальні властивості матеріалів. |
|
6 |
Шостий тиждень |
Матеріали конструктивні та теплоізоляційні |
|
7 |
Сьомий тиждень |
Матеріали облицювальні, захисні та декоративні. |
|
8 |
Восьмий тиждень |
Матеріали спеціального та військового призначення. |
|
9 |
Дев’ятий тиждень |
Передові полімерні композити: класифікація матричних полімерів |
|
10 |
Десятий тиждень |
Передові полімерні композити: технології компаундування та одержання виробів |
|
11 |
Одинадцятий тиждень |
Сучасні армовані композитні матеріали на основі полімерних матриць. |
|
12 |
Двонадцятий тиждень |
Формування властивостей полімерних композитів за рахунок функціональних добавок ч. 1 |
|
13 |
Тринадцятий тиждень |
Формування властивостей полімерних композитів за рахунок функціональних добавок ч. 2 |
|
14 |
Чотирнадцятий тиждень |
Полімерні нанокомпозити: основні типи, функціональне призначення та застосування. |
|
15 |
П’ятнадцятий тиждень |
Сучасні тренди підвищення екологічності полімерних композитів: біоосновні, біорозкладні та натуральні матеріали. |
|
16 |
Шістнадцятий тиждень |
Довговічність та експлуатаційна надійність полімерних композитів: визначні фактори та шляхи підвищення |
|
17 |
Сімнадцятий тиждень |
Вступ до технології супергідрофобних поверхонь: фізико-хімічні основи регулювання змочування. |
|
18 |
Вісімнадцятий тиждень |
Створення та регулювання властивостей супергідрофобних поверхонь |
Практичні заняття
Метою практичних занять є одержання досвіду та навичок застосування теоретичних знань на конкретних практичних прикладах зокрема удосконалення властивостей матеріалів та відповідних технологій їх одержання, вирішення проблем при виробництві цих матеріалів дослідження властивостей і характеристики якості матеріалів. При проведенні практичних занять студенти вчаться застосовувати сучасні концепції практики та методи для одержання та удосконалення передових матеріалів та функціональних покриттів які вони зможуть потім застосувати вже в умовах лабораторії або виробництва.
|
№ |
Дата |
Опис заняття |
|
1 |
Перший тиждень |
Характеристика основних фізичних, хімічних і технологічних властивостей конструкційних матеріалів. |
|
2 |
Другий тиждень |
Вплив структури, хімічного складу і дефектів на властивості конструкційних матеріалів. Їх основні експлуатаційні властивості. |
|
3 |
Третій тиждень |
Сучасні методи характеристики складу композитів. |
|
4 |
Четвертий тиждень |
Сучасні методи характеристики структури композитів. |
|
5 |
П’ятий тиждень |
Теплоізоляційні властивості матеріалів: характеристика та регулювання. |
|
6 |
Шостий тиждень |
Визначення експлуатаційних властивостей конструкційних композитів. |
|
7 |
Сьомий тиждень |
Декоративні властивості композитів: основні види та визначення. |
|
8 |
Восьмий тиждень |
Модульна контрольна робота за матеріалами Розділів 1-3. |
|
9 |
Дев’ятий тиждень |
Формування міцності армованих пластиків |
|
10 |
Десятий тиждень |
Основи вибору полімерних матриць і основних добавок в залежності від умов експлуатації та вимог до виробів. |
|
11 |
Одинадцятий тиждень |
Вибір функціональних добавок на прикладі систем сучасного пасивного захисту від пожежі (інтумесцентні покриття). |
|
12 |
Двонадцятий тиждень |
Складання рецептур біоосновних пластиків |
|
13 |
Тринадцятий тиждень |
Розрахунок сумісності взаєморозчинникх компонентів композитів (теорія Хансена) |
|
14 |
Чотирнадцятий тиждень |
Розрахунки ступеня змочування за підходом Оуенса-Вендта і Зісмана |
|
15 |
П’ятнадцятий тиждень |
Використання комплексної моделі Касі-Бакстера для прогнозування змочування поверхонь |
|
16 |
Шістнадцятий тиждень |
Прогнозування властивостей нанокомпозитів на прикладі розрахунку паропроникності |
|
17 |
Сімнадцятий тиждень |
Модульна контрольна робота за матеріалами Розділів 4-5. |
|
18 |
Вісімнадцятий тиждень |
Підсумкове заняття |
6. Самостійна робота студента
|
№ з/п |
Вид самостійної роботи |
Кількість годин СРС |
|
1 |
Підготовка до аудиторних занять: повторення лекційного матеріалу |
26 |
|
2 |
Підготовка до МКР (повторення матеріалу) |
12 |
|
3 |
Виконання ДКР |
10 |
|
4 |
Підготовка до Екзамену |
30 |
Політика та контроль
7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
У звичайному режимі роботи університету лекції та лабораторні роботи проводяться в навчальних аудиторіях. У змішаному режимі лекційні та лабораторні заняття проводяться через платформу дистанційного навчання Сікорський, У дистанційному режимі всі заняття проводяться через платформу дистанційного навчання Сікорський. Відвідування лекцій та лабораторні робіт є обов’язковим.
На початку кожної лекції проводиться опитування за матеріалами попередньої лекції із застосуванням інтерактивних засобів (Google Forms, тощо). Перед початком чергової теми лектор може надсилати питання із застосуванням інтерактивних засобів з метою визначення рівня обізнаності здобувачів за даною темою та підвищення зацікавленості.
Правила зарахування практичних занять:
- На практичних заняттях студенти повинні брати активну участь в проведенні розрахунків за шаблоном викладача.
- Результати розрахунків зараховуються на цьому ж занятті.
- Несвоєчасне виконання практичних завдань без поважної причини штрафуються відповідно до правил призначення заохочувальних та штрафних балів.
Правила призначення заохочувальних та штрафних балів:
- Несвоєчасне виконання практиних розрахунків без поважної причини штрафується 1 балом;
- За модернізацію розрахунків нараховується від 1 до 5 заохочувальних балів;
- За активну роботу на лекції нараховується до 0,5 заохочувальних балів (але не більше 5 балів на семестр).
Політика дедлайнів та перескладань: визначається п. 8 Положення про поточний, календарний та семестровий контроль результатів навчання в КПІ ім. Ігоря Сікорського
Політика щодо академічної доброчесності: визначається політикою академічної чесності та іншими положеннями Кодексу честі університету.
8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
Види контролю встановлюються відповідно до Положення про поточний, календарний та семестровий контроль результатів навчання в КПІ ім. Ігоря Сікорського:
- Поточний контроль: опитування на практичних заняттях, МКР, захист ДКР.
- Календарний контроль: проводиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.
- Семестровий контроль: Екзамен.
Рейтингова система оцінювання результатів навчання
Система оцінювання курсу складена у відповідності до «ПОЛОЖЕННЯ про систему оцінювання результатів навчання в КПІ ім. Ігоря Сікорського» в чинній на момент затвердження цього Силабуса редакції.
Рейтинг студента з освітньої компоненти поділяється на дві складові: стартову, що складається з балів які він отримує протягом семестру за:
- Роботу на практичних заняттях;
- Модульну контрольну роботу;
- Домашню контрольну роботу.
та екзаменаційну призначену для оцінювання окремих запитань (завдань) на екзамені.
Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання
Робота на практичних заняттях
Ваговий бал – 1,5. Максимальна кількість балів за всі практичні заняття дорівнює 1,5 бал х 16 занять = 24 бали.
Критерії оцінювання практичних занять - за наступною бальною системою:
Повні та правильні розрахунки – 1,5 бали
Розрахунки з незначними похибками – 1,0 бал
Розрахунки з похибками, але принципово правильним шляхом вирішення – 0,5 бали,
Неправильний або неповний розрахунок – 0 балів
Модульний контроль
Модульна контрольна робота освітньої компоненти поділяється да дві рівні частини. Ваговий бал кожної з частин дорівнює 10, таким чином максимальна кількість балів цього виду завдання дорівнює 20. Модульна контрольна робота оформлюється у вигляді тестових питань: 10 питань по 4 варіанти відповіді з одним правильним, яке дає 1 бал.
Домашня контрольна робота
Ваговий бал – 16. Завдання з ДКР передбачає самостійний пошук студентом вирішення певної проблеми в галузі передових композитних матеріалів та супергідрофобних поверхонь з удосконалення, складання рецептури певного матеріалу, формулювання заходів з покращення якості, довговічності виробів, тощо.
Критерії оцінювання ДКР застосовуються за наступною бальною системою:
Правильне розв’язання задачі зі вказанням на конкретні матеріали, технології, обладнання – 6 балів
Принципово правильне вирішення, але без конкретики – 4 бали
Не достатньо правильне вирішення – 2 бали
Неправильне вирішення або відсутність роботи – 0 балів
Екзамен
Максимальний ваговий бал екзамену складає 40.
Екзамен складається з 3 завдань теоретичного і розрахункового характеру.
Перше завдання оцінюється в 14 балів. Друге і третє в 13 балів.
Критерії оцінювання першого завдання з визначенням 5 рівнів для кожного завдання:
«відмінно», вичерпна відповідь (не менше 95% потрібної інформації) 13 – 14 балів
«дуже добре», достатньо повна відповідь (не менше 85% потрібної інформації) 10 – 12 балів
«добре» повна відповідь з незначними неточностями (не менше 75 % потрібної інформації) 8 – 10 балів
«задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації) та незначні помилки 5 − 7 балів
«незадовільно», незадовільна відповідь (менше 60% потрібної інформації) та значні помилки − 0 балів.
Критерії оцінювання другого і третього завдання з визначенням 5 рівнів для кожного завдання:
«відмінно», вичерпна відповідь (не менше 95% потрібної інформації) 12 – 13 балів
«дуже добре», достатньо повна відповідь (не менше 85% потрібної інформації) 9 – 11 балів
«добре» повна відповідь з незначними неточностями (не менше 75 % потрібної інформації) 7 – 9 балів
«задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації) та незначні помилки 4 – 6 балів
«незадовільно», незадовільна відповідь (менше 60% потрібної інформації) та значні помилки − 0 балів.
Загальний рейтинг розраховується виходячи з рівняння:
R = rпр+rмкр+rдкр +rекз= 24+20+16+40=100
Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою
| Кількість балів | Оцінка |
|---|---|
| 100-95 | Відмінно |
| 94-85 | Дуже добре |
| 84-75 | Добре |
| 74-65 | Задовільно |
| 64-60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| Не виконані умови допуску | Не допущено |
9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
...Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Миронюк О. В.; Черняк Л. П.;
Ухвалено кафедрою ХТКМ (протокол № 20 від 24.06.24 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 10 від 21.06.24 )