Силабуси освітніх компоненів, що пропонуються у поточному навчальному році
Викладач
Дерібо Світлана Германівна
Анотація
Дисципліна спрямована на отримання студентами базових знань з напрямів та методів удосконалення конструкції та технології виробництва хімічних джерел струму.
Мета та цілі
Формування у студента професійних компетентностей, необхідних для критичного аналізу стану виробництв хімічних джерел струму, визначення шляхів удосконалення конструкції та технології виробництва, набуття навичок з дослідження експлуатаційних і технологічних показників сучасних хімічних джерел струму.
Форма занять
Лекції, лабораторні роботи, самостійна робота, консультації. Підсумковий контроль – іспит.
Компетентності
К6. Здатність використовувати результати наукових досліджень і дослідно-конструкторських розробок для вдосконалення існуючих та/або розробки нових технологій і обладнання хімічних виробництв
К7. Здатність використовувати сучасне спеціальне наукове обладнання та програмне забезпечення при проведенні експериментальних досліджень і здійсненні дослідно-конструкторських розробок у сфері хімічних технологій та інженерії.
Результати навчання
ПР1. Критично осмислювати наукові концепції та сучасні теорії хімічних процесів та хімічної інженерії, застосовувати їх при проведенні наукових досліджень та створенні інновацій
ПР5. Вільно спілкуватися державною та іноземною мовами усно і письмово для обговорення і презентації результатів професійної діяльності, досліджень та проектів.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 102 год. (5 кредитів ECTS): лекції – 32 год., лабораторні роботи – 32
год., практичні – 16, самостійна робота – 22 год.
Пререквізити
Знання, навички за результатами позитивного опанування попередніх дисциплін: Дослідження в електрохімії гереногренних систем, Методика наукових досліджень в технічній електрохімії (англ.)
Теми лекційних занять
Тема 1. Первинні хімічні джерела струму
Предмет, задачі і зміст дисципліни. Список рекомендованої літератури. Класифікація ХДС. Основні електричні характеристики ХДС. Основи теорії, конструкції та технології виробництва МЦ-елементів з сольовим та лужним електролітами, СЦ-елементів, резервних ХДС, ХДС з неводним електролітом та літієвим анодом.
Тема 2. Вторинні хімічні джерела струму
Основи теорії, конструкції та технології виробництва нікель-залізних, нікель-кадмієвих, нікель-металгідрідних, свинцево-кислотних, літій-іонних акумуляторів. Основи теорії, конструкції та технології виробництва паливних елементів.
Теми лабораторних робіт
1. Виготовлення макету та іспит резервного ХДС системи Zn-PbO2
2. Марганцево-цинковий елемент
3. Лужний акумулятор
4. Свінцевий акумулятор
5. Літій-іонний акумулятор
Самостійна робота
Самостійна робота включає: опрацьовування лекційного матеріалу, підготовку до лаболаторних занять, самостійне вивчення тем та питань, які не викладаються на лекційних заняттях, індивідуальне розрахункове завдання. До змісту розрахункового завдання входить розрахунки основних електричних характеристик ХДС різних систем, розрахунки необхідної кількості матеріалів для приготування активних мас ХДС різних систем.
Література
1. Гомозов В.П., Дерібо С.Г. Сучасні та перспективні хімічні джерела струму: конспект
лекцій [Електрона версія]. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2024. – 136 с.
2. Handbook of batteries. Edited by David Linden and Thomas B. Reddy. The McGraw-Hill
Companies, Inc., New York, USA, 2019. – 1453 p.
3. Гомозов В.П., Дерібо С.Г. Методичні вказівки до виконання лабораторної
роботи «Лужні акумулятори». Харків: НТУ «ХПІ», 2023. 28 с.
4. Гомозов В.П., Дерібо С.Г. Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи «Кислотний акумулятор». Харків: НТУ «ХПІ», 2023. 16 с.
5. Гомозов В.П., Дерібо С.Г. Методичні вказівки до виконання лабораторної
роботи «Первинні хімічні джерела струму». Харків: НТУ «ХПІ», 2023. 18 с.
6. Гомозов В.П., Дерібо С.Г. Методичні вказівки до виконання лабораторної
роботи «Літій-іонний акумулятор». Харків: НТУ «ХПІ», 2023. 18 с.
7. Тульський Г.Г., Гомозов В.П., Дерібо С.Г. Методичні вказівки до виконання
лабораторної роботи «Виготовлення резервного ХДС з кислим електролітом та дослідження його розрядних характеристик». Харків: НТУ «ХПІ», 2023. 18 с.
Хімічні технології в ядерній енергетиці
Викладач
Майзеліс Антоніна Олександрівна
Анотація
Освітня компонента (ОК) спрямована на на отримання теоретичних та практичних знань з нестаціонарного електролізу, впливу режиму електролізу на механічні та фізико-хімічні властивості одержаних матеріалів, формування у студентів системних уявлень про можливості застосування нестаціонарного електролізу для вирішення практичних питань.
Мета та цілі
Формування знань, вмінь та навичок в області нестаціонарного електролізу. Розуміння можливостей впливу на властивості матеріалів шляхом управління параметрами нестаціонарного електролізу, здатність обирати режим електролізу у відповідності до поставленого завдання.
Форма занять
Лекції, лабораторні роботи, самостійна робота, консультації. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
Здатність використовувати нестаціонарний електроліз для досягнення підвищених експлуатаційних властивостей матеріалів та ефективності електрохімічних технологій.
Результати навчання
Розуміння можливостей впливу на властивості матеріалів, отриманих нестаціонарним електролізом, обирати і використовувати відповідні методики та обладнання.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 120 год. (4 кредити ECTS): лекції – 16 год., лабораторні заняття – 32 год., самостійна робота – 72 год.
Пререквізити
Знання, навички за результатами позитивного опанування попередніх дисциплін: Електрохімія гетерогенних систем, Методика наукових досліджень в технічній електрохімії.
Теми лекційних занять
Тема 1. Різновиди нестаціонарного електролізу.
Класифікація видів нестаціонарного електролізу. Параметри режиму електролізу.
Тема 2. Програмований електроліз. Вибір параметрів електролізу.
Кінетика зародкоутворення на початкових стадій росту кристалів. Підходи до вибору необхідної тривалості та величину струму або потенціалу. Лабораторне та промислове устаткування для проведення програмованого електролізу.
Тема 3. Програмований електроліз. Вплив параметрів програмованого струму або потенціалу на властивості покриттів.
Морфологія покриттів. Фазовий склад. Механічні властивості та корозійна стійкість. Рівномірність покриттів, отриманих на програмованому струмі.
Тема 4. Програмований електроліз. Електрохімічне формування 3Д-структурованих покриттів.
Формування мультишарових захисних та електрокаталітичних покриттів.
Тема 5. Імпульсний електроліз. Основні величини та особливості електролізу на імпульсному струмі.
Форма імпульсного струму. Перенапруга при осадженні покриттів. Лабораторне та промислове устаткування для проведення імпульсного електролізу.
Тема 6. Імпульсний електроліз. Вплив параметрів імпульсного струму на структуру та властивості покриттів.
Морфологія покриттів. Фазовий склад. Механічні властивості та корозійна стійкість. Рівномірність покриттів, отриманих на імпульсному струмі.
Тема 7. Імпульсний електроліз. Швидкість осадження.
Вплив форми струму на швидкість цільового електрохімічного процесу.
Теми лабораторних робіт
Тема 1. Вплив режиму нестаціонарного електролізу на механічну стійкість покриття сплавом
Тема 2. Вплив режиму нестаціонарного електролізу на корозійну стійкість покриття сплавом
Тема 3. Формування каталітично активного матеріалу у програмованому двохімпульсному потенціостатичному режимі.
Тема 4. Вплив нестаціонарного режиму електролізу на рівномірність покриття.
Самостійна робота
Самостійна робота включає: опрацьовування лекційного матеріалу, підготовку до лабораторних занять, самостійне вивчення тем та питань, які не викладаються на лекційних заняттях, реферат.
Теми для самостійного вивчення
Тема 1. Масштабування процесу електрохімічного осадження покриттів при імпульсному електролізі
Тема 1. Масштабування процесу електрохімічного осадження покриттів при програмованому електролізі
Тема 3. Контроль складу електроліту у процесі нестаціонарного електролізу
Тема 4. Вибір матеріалу анода та його вплив на стабільність процесу
Тематика індивідуальних завдань
Індивідуальне задання (реферат) виконується у вигляді аналізу кількох статей, що включають вольтамперометричне дослідження, їх порівняння, аналіз методики проведення та зроблених висновків.
Приклади тем:
1. Проблеми електрохімічного формування мультишарових покриттів Cu/Ni програмованим електролізом
2. Вплив складу електроліту на можливості формування композиційно-модульованих покриттів сплавами
3. Режими електролізу для електроосадження градієнтних покриттів
4. Особливості електроосадження композиційно-модульованих покриттів зі складовими шарами, що значно відрізняються за потенціалом
5. Застосування імпульсного електролізу у електроосадженні монометалічних покриттів.
Література
Основна література:
1. Колбасов Г. Я., Кублановський В. С., Берсірова О. Л., Сахненко М. Д., Ведь М. В., Кунтий О. І., Решетняк О. В., Посудієвський О. Ю. “Електрохімія функціональних матеріалів і систем (ЕФМС).” Укр. хім. журн. (2021) №3, Том 87, с. 61-76. doi: 10.33609/2708-129X.87.03.2021.61-76
2. Green, T. A., and S. Roy. “Influence of corrosion reactions on the pulse electrodeposition of metals and alloys.” Journal of The Electrochemical Society 170.12 (2023): 122503. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ad11b4/meta
3. Walsh, Frank C. “The continued development of multilayered and compositionally modulated electrodeposits.” Transactions of the IMF 100.5 (2022): 233-244. https://doi.org/10.1080/00202967.2022.2094078
4. Aliofkhazraei, M., et al. “Development of electrodeposited multilayer coatings: A review of fabrication, microstructure, properties and applications.” Applied Surface Science Advances 6 (2021): 100141.
https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2021.100141Додаткова література:
1. Майзеліс А.О. Електрохімічні функціональні покриття з мікро- і нанорозмірними Cu, Sn, Ni, Zn-вмісними шарами керованого фазового складу : автореф. дис. … д-ра техн. наук : спец. 05.17.03 / Антоніна Олександрівна Майзеліс ; [наук. консультант Байрачний Б. І.] ; Нац. техн. ун-т “Харків. політехн. ін-т”. – Харків, 2020. – 44 с.
2. Dardavila Maria Myrto, et al. A comprehensive investigation of the effect of pulse plating parameters on the electrodeposition of Ni/ZrO2 composite coatings. Results in Surfaces and Interfaces. 2025. P. 100421.
3. Fukunaga Akihiko, Shigetomo Ueda. Pulse electrodeposition of Ni–P alloy coatings from Watts baths: P content, current efficiency, and internal stress. Electrochimica Acta. 2024. Vol. 502. P. 144839.
Удосконалення технології електрохімічних виробництв
Викладач
Бровін Олександр Юрійович
Анотація
Освітня компонента «Сучасне обладнання галузі» спрямована на формування у студентів необхідних знань та навичок, пов’язаних із вибором, розміщенням, експлуатацією і технічним обслуговуванням сучасного автоматизованого технологічного, механічного, теплового та допоміжного обладнання електрохімічних виробництв, а також формування у студентів системи знань, які необхідні сучасному спеціалісту для впровадження передових технологічних рішень, механізації і автоматизації процесів
Мета та цілі
Формування у студента знань щодо конструкцій та розуміння принципів функціонування автоматизованого технологічного, механічного, теплового та допоміжного обладнання електрохімічних виробництв, пов’язаних з осадженням гальванічних покрить, електролізом без виділення металів і електрохімічною енергетикою. Знайомство з конструктивними особливостями автоматизованих гальванічних ліній, допоміжних машин і апаратів, правилами їх експлуатації і техніки безпеки. Надання студентам навичок використання здобутих знань під час проходження виробничої практики та подальшої професійної діяльності.
Форма занять
Лекції, практичні заняття, самостійна робота. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
Здатність обирати і використовувати відповідне автоматизоване обладнання, інструменти та методи для реалізації технологічних процесів електрохімічних виробництв
Результати навчання
Знати і розуміти особливості перебігу, механізми і кінетику електрохімічних процесів, ефективно використовувати ці знання при виборі автоматизованого устаткування при проектуванні і вдосконаленні технологічних процесів електрохімічних виробництв.
Розробляти і реалізовувати проекти, що стосуються технологій та автоматизованого обладнання високопродуктивних електрохімічних виробництв, беручі до уваги інженерні і економічні аспекти та ризики.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 180 год. (6 кредита ECTS): лекції – 32 год., практичні заняття – 48 год., самостійна робота – 100 год.
Пререквізити
Вища освіта першого рівня
Теми лекційних занять
Тема 1. Автоматичні лінії для нанесення гальванічних покрить.
Загальна характеристика автоматизованого устаткування гальванічних виробництв. Класифікація основного автоматизованого устаткування.
Тема 2. Автооператорні гальванічні лінії.
Призначення, класифікація і компоновка автооператорних ліній. Конструкції підвісних, консольних і портальних автооператорів.
Тема 3. Автооператорні гальванічні лінії. Основне устаткування.
Ванни автооператорних ліній. Барабани для обробки деталей насипом на автооператорних лініях. Опори-уловлювачі і основи підвісок.
Тема 4. Автооператорні гальванічні лінії. Допоміжне устаткування.
Сушильне обладнання і вентиляційні відсмоктувачі. Пристрої завантаження-розвантаження. Габаритні розміри автооператорних ліній. Керування автооператорних гальванічних ліній.
Тема 5. Конвеєрні гальванічні лінії. Основне устаткування.
Призначення і відмітні особливості. Конструкція кареткових ліній і принцип роботи.
Тема 6. Конвеєрні гальванічні лінії. Допоміжне устаткування.
Ванни кареткових візкових ліній. Конструкції основних вузлів кареткових ліній. Габаритні розміри кареткової гальванічної лінії.
Тема 7. Устаткування для електролізу води з протонпровідною мембраною (PEM-електролізери).
Конструкція монополярної ячейки електролізера з протонпровідною мембраною. Анодний і катодний матеріали. Протонпровідні мембрани. Особливості конструкції біполярних пластин. Компонування біполярних електролізерів.
Тема 8. Устаткування для електролізу води з аніонпровідною мембраною (АEM-електролізери).
Відмінності конструкції ячейки електролізера з аніонпровідною мембраною. Будова аніонпровідних мембран. Компонування електролізерів.
Тема 9. Низькотемпературні паливні елементи
Паливні елементи з протонпровідними мембранами (PEM FC). Електрокаталізатори анодного і катодного процесу. Властивості протонпровідних мембран. Особливості будови газопроникних електродів. Проблема деградації мембран і електрокаталізаторів.
Тема 10. Високотемпературні твердооксидні паливні елементи (SOFC)
Принципи функціонування високотемпературних паливних елементів. Склад твердооксидних електролітів. Каталітично активні електродні матеріали. Особливості конструкції стеків паливних елементів. Проблема деградації електродних матеріалів і електродів за умов тривалої експлуатації.
Теми практичних робіт
Тема 1. Особливості розрахунку матеріального балансу PEM- і АEM-електролізерів
Принципи розрахунку матеріального балансу PEM- і АEM-електролізерів. Розрахунок осмотичного переносу води в катодний простір. Вплив дифузії водню і Hydrogen Crossover Losses.
Тема 2. Розрахунок енергетичного балансу PEM- і АEM-електролізерів
Розрахунок напруги ячейок і стеку PEM/АEM-електролізерів. Особливості розрахунку напруги розімкнутого ланцюга. Вплив електродних матеріалів і умов експлуатації на перенапругу анодного і катодного процесу. Шляхи зменшення омічних втрат і концентраційної перенапруги.
Тема 3. Енергетичні розрахунки низькотемпературних паливних елементів
Розрахунок напруги ячейки і стеку PEM FC. Розрахунок напруги розімкнутого ланцюга PEM FC. Вплив умов експлуатації на перенапругу анодного і катодного процесу. Можливості зменшення омічних втрат і мінімізація концентраційної перенапруги.
Тема 4. Розрахунки напруги високотемпературних паливних елементів
Напруга ячейки і стеку SOFC. Вплив температури і тиску реагентів на напругу розімкнутого ланцюга SOFC. Вплив складу анодного і катодного матеріалу на активаційну перенапругу. Шляхи скорочення омічних втрат і проблема розрахунку концентраційної перенапруги.
Тема 5. Розрахунки напруги високотемпературних твердооксидних електролізерів (SOEC).
Напруга ячейки і стеку SOEC. Вплив температури і тиску реагентів на напругу розімкнутого ланцюга SOEC. Активаційна перенапругу і вплив на неї анодного і катодного матеріалу. Можливості зменшення омічних втрат. Особливості розрахунку концентраційної перенапруги.
Самостійна робота
Самостійна робота включає: опрацьовування лекційного матеріалу, самостійне вивчення тем та питань, які не викладаються на лекційних заняттях, індивідуальне завдання.
Література
1. Конспект лекцій з курсу “Сучасне обладнання галузі” для студентів спеціальності 161 Хімічні технології та інженерія денної та заочної форм навчання, освітня програма “Технічна електрохімія та хімічні технології рідкісних розсіяних елементів”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2025. https://iiiii-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/oleksandr_brovin_khpi_edu_ua/ETFBCeGc3KdBrWVUl-eEeAcBAaeihSBeieX4zZKdlEFGaQ?e=QbRORj
Теми для самостійного вивчення Тематика індивідуальних завдань (РЕ)
Викладач
Штефан Вікторія Володимирівна
Анотація
Дисципліна “Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів” присвячена вивченню методів отримання, характеристик та застосувань захисних і функціональних покриттів. У курсі розглядаються сучасні підходи до створення покриттів, використання нанотехнологій та біоактивних матеріалів, а також оцінюється їх вплив на стійкість до корозії, механічні властивості та екологічну безпеку. Особливу увагу приділено інноваційним розробкам у галузі енергозберігаючих та захисних покриттів для промисловості.
Мета та цілі
Формування у студентів теоретичних знань та практичних навичок у галузі розробки та аналізу конверсійних і функціональних покриттів, необхідних для розв’язання наукових і технологічних задач у промисловості, медицині, енергетиці та інших сферах. Надання базових знань про фізико-хімічні процеси, що лежать в основі створення конверсійних і функціональних покриттів.
Форма занять
Лекції, самостійна робота, консультації. Підсумковий контроль – іспит.
Компетентності
1. Знання методів створення конверсійних і функціональних покриттів.
2. Вміння використовувати обладнання для аналізу покриттів.
3. Розуміння взаємозв’язку між структурою покриття та його функціональними властивостями.
Результати навчання
1. Знати основні методи створення та аналізу конверсійних та функціональних покриттів.
2. Розуміти екологічні та економічні аспекти у розробці покриттів.
3. Вміти проводити експерименти з отримання покриттів і оцінки їх властивостей.
4. Аналізувати наукові дані та представляти результати досліджень.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 120 год. (4 кредитів ECTS): лекції – 48 год., (Р), самостійна робота – 72 год.
Пререквізити
Знання, навички за результатами позитивного опанування попередніх дисциплін: Дослідження в електрохімії гетерогенних систем, Методика наукових досліджень в технічній електрохімії (англ.).
Теми лекційних занять
Тема 1. Основи технологій конверсійних покриттів: класифікація, принципи формування, властивості.
Загальні засади створення конверсійних покриттів, їх класифікація за структурою, складом та функціональними властивостями. Фізико-хімічні процеси, які забезпечують формування покриттів на поверхні металів і сплавів.
Тема 2. Хімічні методи створення конверсійних покриттів.
Розгляд процесів хімічного осадження шарів з використанням розчинів та реактивів. Аналіз параметрів процесу, які впливають на властивості покриття.
Тема 3. Електрохімічні методи отримання функціональних покриттів.
Основи електрохімічного осадження покриттів. Розглядаються види електролітів, особливості електродних реакцій, а також вплив умов на утворення покриттів із заданими характеристиками.
Тема 4. Фізико-хімічні характеристики конверсійних покриттів.
Методи дослідження властивостей покриттів: товщина, морфологія, хімічний склад та мікроструктура. Їх вплив на функціональність і довговічність покриття.
Тема 5. Сучасні матеріали для створення функціональних покриттів.
Інноваційні матеріали, такі як нанокомпозити, оксиди металів, біоактивні покриття. Їх властивості та перспективи використання в різних галузях.
Тема 6. Екологічні аспекти у виробництві конверсійних покриттів.
Аналіз екологічних ризиків, пов’язані з використанням токсичних хімічних речовин у процесі створення покриттів, та сучасні підходи до мінімізації шкідливого впливу.
Тема 7. Методи оцінки якості та адгезійних властивостей покриттів.
Сучасні методики перевірки міцності адгезії, зносостійкості та довговічності конверсійних покриттів, такими як механічні тести і спектроскопія.
Тема 8. Використання нанотехнологій у розробці функціональних покриттів.
Застосування наночастинок для модифікації структури і властивостей покриттів. Аналіз переваг нанотехнологій у покращенні їх захисних і функціональних характеристик.
Тема 9. Стійкість покриттів до корозійного середовища.
Основи корозійних процесів та фактори, що впливають на захист матеріалів. Приклади тестування корозійної стійкості у лабораторних та реальних умовах.
Тема 10. Інноваційні методи отримання багатошарових покриттів.
Технології отримання багатошарових структур для підвищення міцності, адгезії, хімічної стійкості та функціональних властивостей.
Тема 11. Біоактивні покриття: застосування у медицині.
Створення покриттів для імплантів, які сприяють інтеграції з тканинами організму, перешкоджають інфекціям і забезпечують довговічність медичних пристроїв.
Тема 12. Захисні покриття для авіаційної та автомобільної промисловості.
Специфічні вимоги до покриттів, що застосовуються в авіації та автопромисловості, включаючи підвищену стійкість до механічного зносу та агресивних середовищ.
Самостійна робота
Самостійна робота включає: опрацьовування лекційного матеріалу, підготовку до практичних занять, самостійне вивчення тем та питань, які не викладаються на лекційних заняттях, індивідуальне розрахункове завдання. До змісту розрахункового завдання входить розв’язування задач за темами практичних занять.
Тема 1. Енергозберігаючі функціональні покриття.
Технології створення покриттів, що знижують енергетичні втрати (термобар’єрні покриття, селективні покриття для сонячних колекторів, покриття з низьким коефіцієнтом тертя).
Тема 2. Тренди у дослідженнях та розробках покриттів.
Огляд сучасних тенденцій у наукових дослідженнях і промисловому застосуванні, таких як самовідновлювані покриття, інтелектуальні матеріали (сенсорні покриття), супергідрофобні поверхні.
Тема 3. Фізичні методи нанесення покриттів (PVD, CVD).
Ознайомлення з принципами роботи, перевагами та недоліками методів фізичного та хімічного осадження з парової фази для отримання високоякісних функціональних покриттів.
Тема 4. Планування експерименту в технології покриттів.
Основи математичного планування експерименту для оптимізації складу електроліту та режимів електролізу з метою отримання покриттів із заданими властивостями.
Тема 5. Методи дослідження механічних властивостей.
Вивчення сучасних методів визначення мікротвердості, модуля Юнга, зносостійкості тонких плівок та покриттів (наноіндентування).
Тема 6. Захисні покриття від високотемпературної корозії.
Аналіз процесів газової корозії, жаростійкі покриття на основі алюмінідів та хромідів для захисту лопаток газових турбін.
Тема 7. Конверсійні покриття для кольорових металів.
Особливості формування захисних оксидних шарів на алюмінії (анодування), магнії, титані та їх сплавах.
Тема 8. Підготовка огляду літератури за темою індивідуального завдання.
Пошук, аналіз та систематизація наукової інформації з використанням баз даних Scopus, Web of Science за обраною темою.
Тема 9. Робота над індивідуальним розрахунковим завданням.
Проведення теоретичних розрахунків, аналіз даних, оформлення звіту.
Тема 10. Підготовка до іспиту.
Систематизація та узагальнення знань з дисципліни.
Теми індивідуального завдання
1. Аналіз сучасних методів оксидування алюмінію та його сплавів.
2. Порівняльна характеристика екологічно безпечних конверсійних покриттів на основі сполук цирконію та титану.
3. Електрохімічне осадження композиційних покриттів Ni-SiC та їх властивості.
4. Технологія отримання та властивості біоактивних покриттів на основі гідроксиапатиту для медичних імплантів.
5. Використання наночастинок для модифікації цинкових покриттів з метою підвищення корозійної стійкості.
6. Сучасні методи нанесення зносостійких покриттів (TiN, CrN) для ріжучого інструменту.
7. Оцінка корозійної поведінки покриттів, отриманих методом мікродугового оксидування.
8. Розробка технології отримання супергідрофобних поверхонь на металах.
9. Аналіз методів дослідження адгезійної міцності функціональних покриттів.
10. Перспективи використання самовідновлювальних покриттів для захисту від корозії.
11. Технологія хімічного нікелювання: вплив легуючих добавок на властивості покриття.
12. Покриття для паливних елементів: матеріали та методи отримання.
13. Застосування методу імпедансної спектроскопії для дослідження захисних властивостей лакофарбових покриттів.
14. Жаростійкі покриття для захисту титанових сплавів.
15. Електрохімічне осадження магнітних покриттів на основі Co-Ni.
16. Сучасні методи пасивації металів без використання хроматів.
17. Нанесення покриттів методом золь-гель технології: переваги та застосування.
18. Розробка технології анодування титану для отримання біосумісних поверхонь.
19. Вплив термічної обробки на структуру та властивості електрохімічних покриттів.
20. Інтелектуальні покриття: принципи роботи та сфери застосування.
Неформальна освіта
Здобувач має можливість перезарахувати окремі теми або курс шляхом: проходження професійних курсів чи тренінгів, онлайн-освіти, професійних стажувань, у сфері, що відповідає навчальним цілям дисципліни.
Для зарахування необхідно надати: сертифікат (електронний або друкований) про проходження курсу/стажування, опис програми тренінгу із зазначенням змісту тем, обсягу та тривалості.
Рекомендовані курси, тренінги, стажування:
1. Materials Science: 10 Things Every Engineer Should Know (University of California, Davis, на платформі Coursera, режим audit). Курс надає базове розуміння структури та властивостей матеріалів, що є фундаментом для розробки покриттів. https://www.coursera.org/learn/materials-science
2. Nanotechnology: A Maker’s Course (Duke University, на платформі Coursera, режим audit). Ознайомлення з принципами роботи нанотехнологій та їх застосуванням для створення нових матеріалів і покриттів. https://www.coursera.org/learn/nanotechnology
3. Corrosion (Massachusetts Institute of Technology, MIT OpenCourseWare). Поглиблений курс з електрохімії корозійних процесів та методів захисту, включаючи захисні покриття. https://ocw.mit.edu/ (пошук за запитом “Corrosion”).
Література
Основна література:
1. Конспект лекцій з курсу «Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів» для студентів другого (магістерського) рівня освіти. 2025. (Розробник: проф. Штефан В.В.). Конспект лекцій_Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціонал.docx
2. Методичні вказівки до виконання індивідуального розрахункового завдання з курсу «Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів». 2025. Методичні вказівки до виконання індивідуального розрахункового завдання з.docx
3. Методичні вказівки для самостійної роботи студентів з курсу «Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів». 2025. Методичні вказівки до виконання індивідуального розрахункового завдання з.docx
4. Навчально-методичні матеріали дисципліни «Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів» на сайті кафедри. НММ_Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціоналДодаткова література:
5. V. Shtefan, T. Prikhna, O. Kuprin, V. Podhurska, O. Ostash, P. Potapov, S. Ponomaryov, M. Karpets, V. Sverdun, V. Moshchil, T. Serbenyuk, Electrochemical corrosion of highly conductive Ti-Al-C,(Ti, Mo)-Al-C and (Ti, Cr)-Al-C coatings deposited by hybrid magnetron sputtering using MAX phases-based target. Electrochemistry Communications, (2025) 107977. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2025.107977
6. N. Fernández-Navas, C. Joy Querebillo, K. Tiwari, M. Hantusch, V. Shtefan, N. Pérez, P. Rizzi, M. Zimmermann, A. Gebert, “Electrochemical surface nanostructuring of Ti47Cu38Fe2.5Zr7.5Sn2Si1Ag2 metallic glass for improved pitting corrosion resistance”, Advanced Engineering Materials, (2024). DOI: 10.1002/adem.202302206
7. V. Shtefan, A. Gebert, M. Hantusch, K. Neufeld, J. Zeisig, L. Giebeler, V. Hoffmann, A. Undisz, U. Kühn, J. K. Hufenbach, “How the multi-phase microstructure of a novel rapidly cooled tool steel determines its corrosion behaviour in sulphuric acid solutions”, Corrosion Science, 233 (2024) 112091. DOI:10.2139/ssrn.4740384
8. N. Fernández-Navas, V. Shtefan, M. Hantusch, A. Gebert, “Acid treatments of Ti-based metallic glasses for improving corrosion resistance in implant applications”, Metals 14(2) (2024) 241. https://doi.org/10.3390/met14020241
Викладач
Майзеліс Антоніна Олександрівна
Анотація
Освітня компонента (ОК) спрямована на отримання практичних знань та навичок з моделювання процесів гальванічного заміщення з використанням різного спеціального лабораторного обладнання.
Мета та цілі
Формування знань, вмінь та навичок визначення параметрів процесів гальванічного заміщення, розуміння можливостей впливу на систему для досягнення необхідного результату, вміння обирати і використовувати відповідні інструменти, методики та дослідницьке обладнання для визначення кінетичних параметрів процесів гальванічного заміщення.
Форма занять
Лекції, лабораторні роботи, самостійна робота, консультації. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
Здатність використовувати положення теоретичної електрохімії для вирішення практичних питань із управління процесами контактного обміну.
Результати навчання
Здійснювати аналіз процесу гальванічного заміщення, розуміти фактори впливу на систему для досягнення необхідного результату. Вміння обирати і використовувати відповідні інструменти, методики та дослідницьке обладнання для дослідження процесу гальванічного заміщення.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 120 год. (4 кредити ECTS): лекції – 32 год., лабораторні заняття – 16 год., самостійна робота – 72 год.
Пререквізити
Знання, навички за результатами позитивного опанування попередніх дисциплін: Методика наукових досліджень в технічній електрохімії, Електрохімія гетерогенних систем.
Теми лекційних занять
Тема 1. Роль гальванічного заміщення в електрохімічних технологіях.
Характеристика процесу гальванічного заміщення. гальванічного заміщення як цільовий та небажаний процес. Визначення швидкості контактного обміну.
Тема 2. Визначення параметрів кінетики контактного обміну аналітичним методом.
Визначення параметрів кінетики контактного обміну для різних варіантів кінетики спряжених реакцій. Обмеження методу. Моделювання процесу гальванічного заміщення кінетики контактного обміну аналітичним методом.
Тема 3. Використання поточкових вихідних даних для моделювання процесу .
Моделювання кінетики контактного обміну складних процесів поточком аналізом вихідних даних. Застосування методу на прикладах контактного обміну у на прикладах мідних розчинів різного якісного та кількісного складу та електролітів для осадження сплавів.
Тема 4. Підвищення точності при моделюванні процесів гальванічного заміщення.
Використання багатоступеневого метода та методу нелінійної поляризації за заданими даними. Приклади застосування методів та необхідне обладнання для проведення експерименту.
Теми лабораторних робіт
Тема 1. Моделювання процесів гальванічного заміщення аналітичним методом.
Тема 2. Використання поточкових вихідних даних для моделювання процесів гальванічного заміщення
Тема 3. Використання багатоступеневого метода дослідження процесів гальванічного заміщення
Тема 4. Використання нелінійної поляризації за заданими даними при визначенні параметрів кінетики процесів гальванічного заміщення
Самостійна робота
Теми для самостійного вивчення
Тема 1. Кінетика контактного обміну в системі Cu2+- BF4- – Sn для приготування розчину тетрафторборату олова.
Тема 2. Кінетика контактного обміну на поверхні вуглецевої сталі в розчинах на основі тетрафторборатів міді і олова.
Тема 3. Кінетика контактного обміну сталевої і нікельованої поверхні в низькоконцентрованому сульфатному електроліті міднення.
Тема 4. Контактний обмін у пірофосфатних електролітах, що містять органічні речовини у якості додаткових лігандів.
Тема 5. Контактний обмін на поверхні вуглецевої сталі в електролітах, що мають пірофосфатні і аміакатні комплекси міді (використання підшару міді).
Тема 6. Контактний обмін на поверхні цинку в низькоконцентрованому пірофосфатно-цитратному електроліті для осадження мультишарових покриттівТематика індивідуальних завдань
Індивідуальне задання (реферат) виконується у вигляді аналізу кількох статей, що включають вольтамперометричне дослідження, їх порівняння, аналіз методики проведення та зроблених висновків.
Приклади тем:
1. Математичне моделювання кінетики контактного обміну у гідрометалургії.
2. Моделювання процесів контактного обміну при створенні надтонких шарів та наноструктурованих каталізаторів.
3. Прогнозування та моделювання деградації анодів акумуляторних батарей, що викликана реакціями контактного обміну.
4. Моделювання кінетики імерсійного осадження срібла та олова у сучасних технологіях виробництва багатошарових друкованих плат.
5. Вплив гідродинамічних умов на швидкість контактного обміну: моделювання процесів з урахуванням конвекції.
6. Порівняльний аналіз електрохімічних моделей та прямих фізичних методів при визначенні швидкості реакцій витіснення, що швидко змінюється в часі.
7. Моделювання та кінетичний аналіз реакцій контактного обміну при цинкатній обробці сплавів алюмінію та магнію перед нанесенням функціональних покриттів.
8. Оптимізація та моделювання процесів вилучення важких металів з рідких промислових відходів за допомогою реакцій гальванічного витіснення.
9. Теоретичне обґрунтування та моделювання впливу нових класів поверхнево-активних речовин на гальмування небажаного контактного витіснення при нанесенні гальванічних покриттів.
Література
Основна література:
1. Моделювання процесів гальванічного заміщення та їх роль в електрохімічних виробництвах: навчальний посібник для студентів спеціальності 161 «Хімічні технології та інженерія» / А. О. Майзеліс. – Харків: НТУ «ХПІ», 2025. Режим доступу: https://surl.li/pzpbqe
2. Моделювання процесів гальванічного заміщення: лабораторний практикум для студентів спеціальності 161 «Хімічні технології та інженерія» / А. О. Майзеліс. – Харків: НТУ «ХПІ», 2025. Режим доступу: https://surl.li/pzpbqeДодаткова література:
1. Fathalla, A. S., et al. “Surface renewal driven copper recovery by cementation in a stirred reactor with a rotating wiper mechanism.” Scientific Reports 15.1 (2025): 29257. https://doi.org/10.1038/s41598-025-10845-x
2. Morsy, Ashraf, et al. “Sustainable recovery of copper from wastewater via zinc cementation enhanced by natural chalcone-based accelerators.” Scientific Reports 15.1 (2025): 31304. https://doi.org/10.1038/s41598-025-16475-7
3. Aguilar-Charfen, Jose Luis, et al. “Homemade bismuth plating by galvanic displacement from bismuth subsalicylate tablets: A chemistry experiment for distance learning.” Chemistry Teacher International 3.4 (2021): 423-429. https://doi.org/10.1515/cti-2021-0002
4. Kang, Xiaolan, et al. “Galvanic restructuring of exsolved nanoparticles for plasmonic and electrocatalytic energy conversion.” Small 18.29 (2022): 2201106. https://doi.org/10.1002/smll.202201106
Викладач
Бровін Олександр Юрійович
Анотація
Навчальна дисципліна “Інноваційні паливні елементи” присвячена вивченню теоретичних основ та практичних аспектів прямого перетворення хімічної енергії палива в електричну. Курс охоплює фундаментальні засади електрохімічної термодинаміки та кінетики стосовно процесів у паливних елементах, класифікацію сучасних систем (PEMFC, SOFC, AFC, MCFC), а також матеріалознавчі аспекти створення електрокаталізаторів, мембран та біполярних пластин. Також увага приділяється стратегіям інтеграції паливних елементів в сучасні енергетичні комплекси.
Мета та цілі
Метою викладання дисципліни є формування у студентів системи знань про фізико-хімічні принципи роботи сучасних паливних елементів, а також набуття практичних навичок проєктування та оптимізації електрохімічних генераторів енергії. Цілі дисципліни:
– вивчення термодинамічних параметрів та кінетичних закономірностей електрохімічних процесів, які відбуваються в паливних елементах;
– дослідження конструкційних особливостей різних типів сучасних і перспективних паливних елементів;
– засвоєння методики розрахунку балансу напруги та потужності одиничних елементів і стеку;
– ознайомлення з новітніми розробками в галузі електрокаталізаторів та високотемпературних провідників
Форма занять
Лекції, практичні заняття, самостійна робота. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
Знання фізико-хімічних принципів роботи паливних елементів.
Вміння обґрунтовувати вибір матеріалів (електродів, електролітів, сепараторів) залежно від робочих температур.
Здатність виконувати розрахунки матеріальних і енергетичних процесі, що відбуваються в паливних елементах.
Базові навички проєктування елементів і малих систем на їх основі з урахуванням технічних, екологічних і економічних обмежень
Результати навчання
Описувати термодинамічні та кінетичні основи роботи основних типів паливних елементів, пояснювати природу втрат напруги і механізми деградації.
Здатність пояснювати роль матеріалів: мембран, пористих електродів, каталізаторів та їх властивості, що впливають на продуктивність і довговічність.
Вміти застосовувати стандартні методи розрахунку напруги, потужності, внутрішніх втрат, ефективності і густини струму.
Оцінювати техніко-економічні показники малих паливних систем (ККД, потужність, орієнтовна собівартість, очікувана тривалість експлуатації) і формувати рекомендації щодо їх оптимізації.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 120 год. (4 кредити ECTS): лекції – 32 год., практичні заняття – 16 год., самостійна робота – 72 год. Підсумковий контроль – диференційований залік.
Пререквізити
Перший (бакалаврський) рівень вищої освіти.
Теми лекційних занять
Тема 1. Вступ. Історія, класифікація та сфери застосування паливних елементів
Огляд шляху розвитку паливних елементів. Класифікація за типом електроліту та робочих температур. Сучасні сфери застосування: енергетика, транспорт, резервні джерела струму.
Тема 2. Загальна характеристика термодинамічних, хімічних та електрохімічних процесів у паливних елементах.
Термодинаміка реакцій, електродні потенціали, ЕРС, внутрішні втрати, теплові аспекти.
Тема 3. Конструкція і матеріали низькотемпературних паливних елементів з протонпровідною мембраною (LT-PEMFC). Сучасність і перспективи розвитку LT-PEMFC.
Мембрано-електродний блок, перфторсульфовані мембрани типу Nafion, електрокаталіз і зниження питомого вмісту платини на аноді та катоді, безплатинові катализатори, газодифузійні шари та біполярні пластини. Сучасні виклики і вектори розвитку.
Тема 4. Високотемпературні паливні елементи з протонпровідною мембраною (HT-PEMFC): конструкція, матеріали, проблеми та перспективи
Детальний розгляд конструкції мембрано-електродного блоку на основі PBI, легованого ортофосфатною кислотою. Cтабільність вуглецевих носіїв та платинових каталізаторів при підвищених температурах. Толерантність анода до монооксиду вуглецю. Аналіз процесів деградації і перспективи впровадження HT-PEMFC у когенераційних установках, важкому транспорті та авіації.
Тема 5. Основи функціонування, паливна гнучкість та режими експлуатації твердооксидних паливних елементів (SOFC)
Механізми киснево-іонної провідності у твердих керамічних електролітах та електродні реакції при температурах 600-1000 °С. Аналіз переваг SOFC, які забезпечують високий ККД. Паливна гнучкість, пряме окиснення монооксиду вуглецю і внутрішній риформінг вуглеводнів. Огляд перспективних розробок у сфері анодних керметів та катодних матеріалів.
Тема 6. Паливні елементи на основі розплавленого карбонату (MCFC)
Фізико-хімічні основи функціонування паливних елементів MCFC. Механізм переносу іонів карбонату, основні електродні реакції, термодинамічні передумови перебігу електрохімічних процесів і фактори, що визначають величину ЕРС. Конструкційні матеріали, склад і властивості електроліту. Типові режими експлуатації паливних елементів MCFC. Перспективи розвитку.
Тема 7. Основи функціонування та режими експлуатації лужних паливних елементів (AFC)
Фізико-хімічні основи функціонування AFC-систем. Склад та властивості лужного електроліту, механізм перебігу електродних реакцій, особливості переносу іонів гідроксилу в електроліті, термодинамічні та кінетичні характеристики електродних процесів. Конструкційні матеріали електродів, каталізатори та їх вплив на швидкість електрохімічних реакцій. Режими експлуатації AFC. Напрямку розвитку технології.
Тема 8. Інтеграція паливних елементів в сучасні енергетичні комплекси
Використання паливних елементів як джерел електричної та теплової енергії в автономних, розподілених і комбінованих енергетичних установках. Поєднання паливних елементів з системами відновлюваної енергетики, накопичувачами енергії та когенераційними установками. Принципи побудови енергетичних комплексів на основі паливних елементів і узгодження режимів роботи різних джерел енергії
Теми практичних занять
Тема 1. Термодинамічні розрахунки паливних елементів.
Визначення зміни енергії Гіббса для основних реакцій. Розрахунок стандартної електрорушійної сили паливного елемента, визначення можливого ККД паливного елемента.
Тема 2. Розрахунок кінетичних втрат та перенапруг
Використання рівняння Батлера–Фольмера, визначення параметрів за рівнянням Тафеля, розрахунок активаційної перенапруги катодної реакції відновлення кисню, аналіз впливу густини струму на перенапругу.
Тема 3. Розрахунок омічних і дифузійних втрат.
Визначення омічних втрат у мембрані та електродах. Розрахунок електропровідності мембранних матеріалів. Аналіз масопереносу газів у пористих електродах. Визначення дифузійних обмежень при високих густинах струму.
Тема 4. Аналіз поляризаційних залежностей паливних елементів
Побудова поляризаційної залежності U–I. Визначення зон активаційних, омічних та дифузійних втрат. Розрахунок питомої потужності. Визначення оптимального робочого режиму.
Тема 5. Принципи інженерного розрахунку стеку паливного елементного
Визначення необхідної кількості комірок у стеку. Розрахунок напруги та потужності стеку. Оцінка витрат палива і окиснювача. Розрахунок енергетичної ефективності системи.
Самостійна робота
Тема 1. Термодинамічний аналіз альтернативних видів палива.
Порівняння термодинамічних характеристик водню, аміаку та метанолу як палива для паливних елементів. Розрахунок енергії Гіббса, ЕРС для реакцій окиснення для кожного палива при 298 K. Оцінка теоретичного ККД, порівняння енергетичної густини за масою та об’ємом.
Тема 2. Водний баланс низькотемпературних паливних елементів з протонпровідною мембраною (LT-PEMFC).
Баланс води в LT-PEMFC-комірці при заданих умовах: температура, тиск, ступінь зволоження газів. Розрахунок додаткового зволоження палива і окисника. Ризики висихання і затоплення.
Тема 3. Аналіз поляризаційних залежностей паливних елементів.
Розрахунок і відокремлення активаційних, омічних і дифузійних втрат на поляризаційній залежності (U – I).
Тема 4. Розрахунок опору мембрани і його вплив на робочі характеристики.
Кількісна оцінка впливу товщини та провідності мембрани на падіння напруги і потужність.
Тема 5. Моделювання дифузійних обмежень у пористому катоді.
Використання моделей дифузії для оцінки концентраційних втрат в пористих електродах.
Тема 6. Кінетичний аналіз реакції відновлення кисню (ORR).
Оцінка впливу струму обміну, температури і тиску окисника на продуктивність катода.
Тема 7. Розрахунок стеку для живлення навантаження.
Визначення параметрів стеку: кількості комірок і площі електродів для заданої потужності та часу автономної роботи. Інженерний розрахунки стеку з припущеннями.
Тема 8. Техніко-економічна оцінка застосування паливних елементів в локальних енергетичних системах.
Принципи базового економічного аналізу CAPEX/OPEX малих систем на основі паливних елементів.
Тема 9. Оцінка деградації паливних елементів.
Експрес-методи оцінку життєвого циклу паливних елементів. Оцінки втрати потужності в часі при заданому темпі деградації.
Тема 10. Аналіз ризиків і вимоги безпеки при експлуатації паливних елементів.
Аналіз ризиків і вимоги безпеки при експлуатації паливних елементів
Виявлення основних ризиків (водень, висока температура, хімічно агресивні реагенти) і заходи мінімізації ризиків.
Тема 11. Перспективних матеріали для високотемпературних паливних елементів та аніон-обмінні мембрани.
Аналіз можливості впровадження інноваційних матеріалів для високотемпературних паливних елементів та аніон-обмінні мембрани.
Література
Основна література:
1. Конспект лекцій з дисципліни “Інноваційні паливні елементи” для студентів спеціальності G1 – Хімічні технології та інженерія “, освітня програма “Технічна електрохімія і хімічні технології рідкісних розсіяних елементів та матеріалів на їх основі” денної та заочної форм навчання. / Укл. Бровін О.Ю. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2025.
2. Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни “Інноваційні паливні елементи” / Укл. Бровін О.Ю. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2025.
Додаткова література:
1. O’Hayre, R., Cha, S. W., Colella, W., & Prinz, F. B. Fuel Cell Fundamentals. 3rd Edition. Wiley, 2016.
2. Larminie, J., & Dicks, A. Fuel Cell Systems Explained. 2nd Edition. Wiley, 2003.
3. Bard, A. J., & Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. Wiley, 2022.
Теми для самостійного вивчення
Викладач
Штефан Вікторія Володимирівна
Анотація
Освітня компонента «Розробка композиційних електрохімічних покриттів» присвячена вивченню теоретичних основ та практичних аспектів створення композиційних матеріалів методом електрохімічного осадження. Розглядаються механізми співосадження металевої матриці та дисперсних частинок (оксиди, карбіди, полімери, вуглецеві наноматеріали), вплив складу електроліту та режимів електролізу на структуру та властивості покриттів, а також методи їх дослідження та сфери застосування (підвищення зносостійкості, корозійної стійкості, надання спеціальних функціональних властивостей).
Мета та цілі
Метою дисципліни є формування у студентів системних знань та практичних навичок з розробки, отримання та аналізу композиційних електрохімічних покриттів (КЕП). Це включає вміння обирати компоненти для створення покриттів із заданими властивостями, прогнозувати вплив технологічних параметрів, проводити дослідження структури та характеристик отриманих матеріалів.
Форма занять
Лекції, практичні заняття, самостійна робота, консультації. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
1. Здатність застосовувати сучасні уявлення про механізми електрохімічного формування композиційних матеріалів.
2. Вміння обирати компоненти (матриця, дисперсна фаза) та технологічні параметри для отримання КЕП із заданими властивостями.
3. Здатність використовувати фізико-хімічні методи для дослідження структури, складу та властивостей композиційних покриттів.
4. Навички критичного аналізу зв’язку “склад-технологія-структура-властивість” для оптимізації процесу розробки нових матеріалів.
Результати навчання
1. Знання основних типів композиційних електрохімічних покриттів, їх компонентів та сфер застосування.
2. Вміння аналізувати вплив параметрів електролізу (густина струму, перемішування, склад електроліту) на вміст дисперсної фази та структуру покриття.
3. Здатність планувати експеримент з отримання КЕП та інтерпретувати результати досліджень їх властивостей (твердість, зносостійкість, корозійна стійкість).
4. Розуміння принципів роботи сучасного обладнання для дослідження морфології, фазового та хімічного складу покриттів.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 120 год. (4 кредити ECTS): лекції – 32 год., практичні заняття – 16 год., самостійна робота – 72 год.
Пререквізити
Знання, навички за результатами позитивного опанування попередніх дисциплін: Методика наукових досліджень в технічній електрохімії, Корозійний стан технічних сиcтем, теорія та практика.
Теми лекційних занять
Тема 1. Вступ. Класифікація та області застосування композиційних електрохімічних покриттів (КЕП).
Означення КЕП. Історичний розвиток. Роль покриттів у сучасній техніці. Класифікація за природою матриці (Ni, Co, Cu, Zn, Cr та ін.) та типом дисперсної фази (тверді змащувальні матеріали (MoS₂, PTFE), зносостійкі сполуки (SiC, Al₂O₃, WC), корозійностійкі (TiO₂, ZrO₂), наноматеріали (вуглецеві нанотрубки, графен, алмаз). Основні сфери застосування: машинобудування, авіація, електроніка, енергетика.
Тема 2. Механізми співосадження частинок з металами.
Термодинамічні та кінетичні аспекти процесу. Роль поверхневих явищ: адсорбція іонів, подвійний електричний шар, дзета-потенціал. Теорії співосадження: модель Гуглієльмі (двостадійна адсорбція), модель Сельмана та ін. Фактори, що впливають на включення частинок: концентрація частинок в електроліті, густина струму, перемішування, форма та розмір частинок, наявність поверхнево-активних речовин.
Тема 3. Електроліти та технологічні параметри осадження КЕП.
Вимоги до електролітів. Вплив складу електроліту на стабільність суспензій та якість покриттів. Роль ПАР (катіонні, аніонні, неіоногенні). Способи приготування та стабілізації суспензій (механічне, магнітне, ультразвукове перемішування). Вплив режимів електролізу: постійний, імпульсний, реверсний струм. Конструкції електролізерів для отримання КЕП. |.
Тема 4. КЕП на основі нікелю та кобальту.
Отримання та властивості композитів Ni-SiC, Ni-Al₂O₃, Ni-PTFE, Ni-алмаз, Co-WC, Co-Cr₃C₂. Вплив дисперсної фази на мікротвердість, зносостійкість, антифрикційні властивості. Високотемпературна стабільність та корозійна стійкість.
Тема 5. КЕП на основі міді, цинку, хрому та інших металів.
Композити Cu-графен, Cu-Al₂O₃ для електротехнічних застосувань (підвищення електропровідності та зносостійкості). Zn- та Zn-Ni композити з оксидами для підвищення корозійної стійкості. Хромові композиційні покриття (Cr-SiC, Cr-Al₂O₃). Композити на основі дорогоцінних металів.
Тема 6. Сучасні напрямки розвитку КЕП.
Електрохімічне осадження нанокомпозитів. Використання вуглецевих наноматеріалів (вуглецеві нанотрубки, графен, фулерени). Гібридні та багатошарові композиційні покриття. КЕП з функціональними властивостями: каталітичними, магнітними, сенсорними. КЕП для альтернативної енергетики (паливні комірки, батареї).
Тема 7. Методи дослідження КЕП.
Огляд методів для визначення складу (XRF, EDX, XPS), структури (XRD, SEM, TEM, AFM), механічних властивостей (мікротвердість, наноіндентування, випробування на зносо- та абразивостійкість), корозійних властивостей (потенціодинамічні поляризаційні криві, імпедансна спектроскопія).
Теми практичних занять
Тема 1. Розрахунок складу електроліту та підготовка суспензії.
Розрахунок необхідної кількості компонентів для приготування електроліту-суспензії з заданим об’ємним/масовим вмістом дисперсної фази. Вибір типу та концентрації ПАР. Оцінка стабільності суспензії.
Тема 2. Визначення впливу густини струму на склад КЕП.
Побудова та аналіз графіків залежності вмісту дисперсної фази (об’ємні %) від катодної густини струму на основі літературних або експериментальних даних. Визначення оптимального діапазону густин струму.
Тема 3. Розрахунок швидкості осадження та товщини КЕП.
Використання законів Фарадея з урахуванням виходу за струмом для металевої матриці. Оцінка часу осадження для досягнення необхідної товщини покриття. Вплив інертних частинок на швидкість росту.
Тема 4. Аналіз мікроструктури КЕП за даними SEM та оптичної мікроскопії.
Робота з мікрофотографіями. Оцінка рівномірності розподілу частинок, визначення наявності дефектів (агломерація, пористість). Вимірювання середнього розміру частинок та зерен матриці.
Тема 5. Визначення мікротвердості та модуля пружності КЕП.
Обробка результатів вимірювань мікротвердості за Віккерсом або Кнупом. Розрахунок похибок. Оцінка модуля Юнга композиту за правилом сумішей (моделі верхньої та нижньої меж).
Тема 6. Оцінка корозійної стійкості КЕП за поляризаційними кривими.
Аналіз потенціодинамічних поляризаційних кривих. Визначення потенціалу корозії, струму корозії (метод Тафеля), області пасивації. Порівняння корозійної стійкості КЕП з чистим металом.
Тема 7. Інтегральна інтерпретація результатів. Підготовка висновків.
Комплексний аналіз результатів дослідження КЕП (склад, структура, твердість, зносостійкість). Встановлення кореляційних зв’язків. Формулювання рекомендацій щодо оптимізації технологічного процесу для досягнення заданих властивостей.
Самостійна робота
Самостійна робота включає: опрацьовування лекційного матеріалу, підготовку до практичних занять, самостійне вивчення тем та питань, які не викладаються на лекційних заняттях, індивідуальне розрахункове завдання. До змісту розрахункового завдання входить розв’язування задач за темами практичних занять.
Тема 1. Сучасні ПАР та їх роль у формуванні КЕП.
Класифікація ПАР. Механізми дії різних типів ПАР на дзета-потенціал та агрегацію частинок. Вплив ПАР на якість та структуру покриття.
Тема 2. Обладнання для електрохімічного осадження КЕП.
Сучасні джерела струму (гальваностати, потенціостати, імпульсні). Конструкції електролізерів з перемішуванням. Установки для отримання покриттів на виробах складної форми..
Тема 3. КЕП з полімерною матрицею.
Електрохімічне осадження метал-полімерних композитів (наприклад, нікель-фторопласт). Особливості процесу, властивості та застосування.
Тема 4. Наноструктуровані КЕП.
Методи отримання, проблеми агломерації наночастинок. Унікальні властивості нанокомпозитів (підвищена твердість, зносостійкість відповідно до ефекту Холла- Петча).
Тема 5. Математичне моделювання процесу співосадження.
Огляд існуючих кінетичних моделей (окрім розглянутих на лекції). Використання рівнянь для прогнозування вмісту фази в залежності від параметрів електролізу.
Тема 6. Промислове застосування КЕП та техніко-економічні аспекти.
Приклади впровадження КЕП у різних галузях промисловості. Економічна ефективність використання композиційних покриттів порівняно з традиційними матеріалами та методами. Екологічні аспекти.
Тема 7. Підготовка до поточного та підсумкового контролю.
Систематизація та узагальнення знань з дисципліни. Підготовка до заліку.
Неформальна освіта
Здобувач має можливість перезарахувати окремі теми або курс шляхом: проходження професійних курсів чи тренінгів, онлайн-освіти, професійних стажувань, у сфері, що відповідає навчальним цілям дисципліни.
Для зарахування необхідно надати: сертифікат (електронний або друкований) про проходження курсу/стажування, опис програми тренінгу із зазначенням змісту тем, обсягу та тривалості.
Рекомендовані курси, тренінги, стажування
1. Materials Science: 10 Things Every Engineer Should Know — University of California, Davis (Coursera, audit mode) https://www.coursera.org/learn/materials-science Безкоштовний доступ до матеріалів курсу в режимі слухача (audit). Охоплює фундаментальні властивості матеріалів та методи їх дослідження, включаючи мікроскопію та спектроскопію.
2. Nanotechnology: A Maker’s Course — Duke University (Coursera, audit mode) https://www.coursera.org/learn/nanotechnology Безкоштовний доступ до лекцій і матеріалів. Корисний для розуміння методів характеризації наноматеріалів (SEM, TEM, AFM, XRD), які застосовуються для аналізу КЕП.
3. Introduction to Solid State Chemistry — MIT (MIT OpenCourseWare) https://ocw.mit.edu/courses/3-091sc-introduction-to-solid-state-chemistry-fall-2010/ Повністю безкоштовний курс з матеріалами лекцій, завданнями та екзаменами. Охоплює зв’язок між структурою матеріалів та їх властивостями.
4. Electrochemical Energy Storage (Batteries) — NPTEL (YouTube та сайт) https://onlinecourses.nptel.ac.in/noc23_ee50/preview Безкоштовний курс індійського консорціуму NPTEL з електрохімічними методами дослідження енергонакопичувальних матеріалів, де розглядаються електродні матеріали.
5. Analytical Chemistry / Instrumental Analysis — National Programme on Technology Enhanced Learning https://archive.nptel.ac.in/courses/104/106/104106122/ Безкоштовний курс з інструментальних методів аналізу (спектроскопія, хроматографія, електрохімічні методи).
6. Corrosion: The Challenge — University of Manchester (Coursera, audit mode) https://www.coursera.org/learn/corrosion Безкоштовний доступ до лекцій. Корисний для розуміння корозійних випробувань КЕП.
Література
Основна література
1 Конспект лекцій з курсу «Розробка композиційних електрохімічних покриттів» для студентів другого (магістерського) рівня освіти. 2025. (Розробник: проф. Штефан В.В.). Конспект лекцій Розробка композиційних електрохімічних покриттів.docx
2. Методичні вказівки для практичних занять студентів з курсу «Розробка композиційних електрохімічних покриттів». 2025. Методичні вказівки для практичних занять студентів з курсу «Розробка композиційних електрохімічних покриттів».docx
3. Методичні вказівки для самостійної роботи студентів з курсу «Розробка композиційних електрохімічних покриттів». 2025. Методичні вказівки для самостійної роботи студентів з курсу «Розробка композиційних електрохімічних покриттів».docx
4. Навчально-методичні матеріали дисципліни «Розробка композиційних електрохімічних покриттів» на сайті кафедри технічної електрохімії НТУ «ХПІ». НММ Розробка композиційних електрохімічних покриттівДодаткова література
5. V. Shtefan, N. Kanunnikova, V. Zuyok, Comparative evaluation of microstructure and electrochemical, high-temperature corrosion rates of titanium-and aluminum-modified black chromium coatings on AISI 304 stainless steel. Surface and Coatings Technology. (2025) 497, 131706. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.131706
6. V. Shtefan, N. Kanunnikova, A. Bulhakova, et al. “Structural and Phase Analysis of Composites Based on TiO2”, Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 58 (2022) 598–603. https://doi.org/10.3103/S1068375522060138
7. V.V. Shtefan, N.S. Balamut, N.A. Kanunnikova, А.S. Shcholokova, V.A. Zuyok, V.V. Grudnitskii, R.L. Vasilenko, “Electrodeposition of Chromoxide Coatings from Electrolytes Modified with SiO2·nH2O”, Problems of Atomic Science and Technology, 140 (4) (2022) 131–136. https://doi.org/10.46813/2022-140-131
8. Веб-сайт: http://www.crystallography.net/cod/
9. Веб-сайт: https://srdata.nist.gov/xps/
10. Веб-сайт: https://probesoftware.com/
14. Веб-сайт: https://webbook.nist.gov/chemistry/
Викладач
Майзеліс Антоніна Олександрівна
Анотація
Освітня компонента (ОК) спрямована на отримання практичних знань та навичок з проведення вольтамперометричних досліджень, застосування можливостей сучасних спеціальних приладів для проведення електрохімічних досліджень, що включають вольтамперометрію, оволодіння методиками електрохімічного аналізу, формування у студентів системних уявлень про можливості застосування вольтамперометрії для вирішення практичних питань.
Мета та цілі
Формування знань, вмінь та навичок в області практичної вольтамперометрії. Розуміння можливостей вольтамперометрії, здатність обирати умови проведення експерименту у відповідності до поставленого завдання, формування практичних навичок з вольтамперометрії для застування у подальшій діяльності за фахом.
Форма занять
Лекції, практичні заняття, самостійна робота. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
Здатність використовувати положення теоретичної електрохімії для вирішення практичних питань із застосуванням вольтамперометрії.
Результати навчання
Здійснювати планування, проведення та аналіз вольтамперометричних досліджень, обирати і використовувати відповідні інструменти, методики та дослідницьке обладнання для проведення вольтамперометричних досліджень
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 90 год. (3 кредити ECTS): лекції – 16 год., практичні роботи – 16 год., самостійна робота – 58 год.
Пререквізити
Попередні дисципліни, необхідні для успішного проходження курсу: Методика наукових досліджень в технічній електрохімії, Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів, Корозійний стан технічних сиcтем, теорія та практика.
Теми лекційних занять
Тема 1. Основи вольтамперометрії
Аналіз лінійних та циклічних вольтамперограм. Варіанти програмованих режимів, що включають лінійну та/або циклічну вольтамперометрію. Аналіз серій вольтамперних залежностей.
Тема 2. Прикладна вольтамперометрія у гальванотехніці
Вольтамперометрія міді, нікелю, цинку, олова. Аналіз катодних та анодних процесів з використанням вольтамперометрії. Можливості контролю стану гальванічної ванни вольтамперометричним методом.
Тема 3. Прикладна вольтаметрометрія у дослідженнях процесів без виділення металів
Дослідження реакції виділення водню. Дослідження каталітичної активності електродних матеріалів у реакціях окиснення органічних речовин.
Тема 4. Вольтамперометричні методи аналізу
Полярографія. Інверсійна катодна та анодна вольтамперометрія.
Теми лабораторних робіт
Тема 1. Вольтамперометрія міді
Тема 2. Вольтамперометрія нікелю
Тема 3. Вольтамперометрія цинку
Тема 4. Вольтамперометрія олова
Тема 5. Вольтамперометричне дослідження реакції виділення водню
Тема 6. Інверсійна вольтамперометрія для аналізу елементного та фазового складу сплаву
Самостійна робота
Самостійна робота включає: опрацьовування лекційного матеріалу, підготовку до практичних занять, самостійне вивчення тем та питань, які не викладаються на лекційних заняттях, реферат.
Теми для самостійного вивчення:
Тема 1. Циклічна вольтамперометрія: діагностика оборотності та механізмів електродних реакцій
Тема 2. . Імпульсні методи для підвищення чутливості та селективності визначень
Тема 3. Інверсійна анодна/катодна вольтамперометрія: стадії накопичення та зняття, вибір параметрів
Тема 4. Ртутні електроди у вольтамперометрії
Тема 5. Калібрування у вольтамперометрії: метод стандартних добавок і оцінка межі виявлення/похибки
Тематика індивідуальних завдань
Індивідуальне задання (реферат) виконується у вигляді аналізу кількох статей, що включають вольтамперометричне дослідження, їх порівняння, аналіз методики проведення та зроблених висновків.
Приклади тем:
1. Визначення Pb(II) та Cd(II) у природних водах методом інверсійної вольтамперометрії
2. Контроль іонів Cu(II)/Ni(II)/Zn(II) у гальванічних ваннах за вольтамперограмами
3. Аналіз інгібіторів корозії в електролітах (органічні добавки) вольтамперометрією
4. Визначення антиоксидантів у харчових екстрактах (аскорбінова кислота, поліфеноли) ВАМ
5. Вольтамперометричне визначення нітритів/нітратів у воді після електрохімічної модифікації електрода
Література
Основна література:
1. Yamada, Hirohisa, et al. “Cyclic voltammetry part 1: fundamentals.” Electrochemistry 90.10 (2022): 102005-102005. https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/90/10/90_22-66082/_pdf/-char/en
2. Yamada, Hirohisa, et al. “Cyclic voltammetry part 2: Surface adsorption, electric double layer, and diffusion layer.” Electrochemistry 90.10 (2022): 102006-102006. https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/90/10/90_22-66084/_article/-char/en
3. Metrohm. Professional CVS. Режим доступу: https://www.metrohm.com/en/products/voltammetry/professional-cvs.html
Додаткова література:
1. Zhao, Guo, et al. “Multiplexed anodic stripping voltammetry detection of heavy metals in water using nanocomposites modified screen-printed electrodes integrated with a 3D-printed flow cell.” Frontiers in chemistry 10 (2022): 815805. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.815805
2. Liu, Fenghai, et al. “Simultaneous Detection of Lead and Cadmium Ion Concentrations in Rice with Differential Pulse Voltammetry and Ionic Liquid/Reduced Graphene Oxide Composite-Modified Glassy Carbon Electrodes.” Electrochemistry 91.8 (2023): 087003-087003. https://doi.org/10.5796/electrochemistry.23-00062
3. Tesfaye, Endale, et al. “Development of a new electrochemical method for the determination of copper (II) at trace levels in environmental and food samples.” RSC advances 12.54 (2022): 35367-35382. https://doi.org/10.1039/D2RA06941E
4. Zhao, Yi, et al. “On-line detection of additive concentrations in acidic copper plating solution for metal interconnection by an electrochemical microfluidic workstation.” Industrial Chemistry & Materials 3.5 (2025): 607-617. https://doi.org/10.1039/d5im00073d
Викладач
Штефан Вікторія Володимирівна
Анотація
Освітня компонента «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалів» присвячена вивченню сучасних методів аналізу та дослідження матеріалів, які мають специфічні функціональні властивості. Вона охоплює основи фізико-хімічних методів, таких як спектроскопія, хроматографія, мікроскопія та інші, що дозволяють визначати структуру, склад та властивості матеріалів на мікро- та нано-рівнях.
Мета та цілі
Метою дисципліни є надання здобувачам освіти знань та практичних навичок у використанні фізико-хімічних методів для дослідження функціональних матеріалів. Це включає вміння вибирати відповідні методи для аналізу, інтерпретувати отримані результати та застосовувати їх для розробки нових матеріалів з покращеними характеристиками.
Форма занять
Лекції, практичні заняття, самостійна робота, (РЕ), консультації. Підсумковий контроль – залік.
Компетентності
1. Здатність застосовувати фізико-хімічні методи для аналізу та дослідження функціональних матеріалів.
2. Вміння інтерпретувати результати досліджень та робити висновки щодо властивостей матеріалів.
3. Навички роботи з сучасним лабораторним обладнанням та програмним забезпеченням для аналізу матеріалів.
4. Здатність до критичного мислення та вирішення науково-технічних задач у галузі хімічної технології.
Результати навчання
1. Знання основних фізико-хімічних методів дослідження та їх застосування у практиці.
2. Вміння проводити експериментальні дослідження та аналізувати отримані дані.
3. Здатність розробляти та впроваджувати нові методи дослідження функціональних матеріалів.
4. Розуміння принципів роботи та можливостей сучасного аналітичного обладнання.
Обсяг ОК
Загальний обсяг дисципліни 90 год. (3 кредитів ECTS): лекції – 16 год., практичні заняття – 16 год., самостійна робота – 58 год.
Пререквізити
Знання, навички за результатами позитивного опанування попередніх дисциплін: Методика наукових досліджень в технічній електрохімії, Наукові розробки в технологіях конверсійних та функціональних покриттів, Корозійний стан технічних сиcтем, теорія та практика.
Теми лекційних занять
Тема 1. Вступ до фізико-хімічних методів дослідження функціональних матеріалів.
Класифікація методів (спектральні, резонансні, хроматографічні, електрохімічні, термічні, мікроскопічні). Поняття про функціональні матеріали (напівпровідники, діелектрики, магнітні, оптичні, матеріали для електрохімічної енергетики). Взаємозв’язок “склад-структура-технологія-властивість”. Критерії вибору методу дослідження. Чутливість, селективність, роздільна здатність методів.
Тема 2. Спектроскопічні методи аналізу.
Електромагнітний спектр і типи взаємодії з речовиною. Атомно-емісійна та атомно-абсорбційна спектроскопія (AES). Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (XPS): фізичні основи, хімічні зсуви, якісний та кількісний аналіз поверхні. Оптична спектроскопія: УФ-видима та ІЧ-спектроскопія (Фур’є-спектроскопія), спектроскопія комбінаційного розсіювання (Раманівська). Застосування для аналізу складу, хімічного стану елементів та ідентифікації фаз у функціональних матеріалах.
Тема 3. Дифракційні та мікроскопічні методи.
Основи рентгеноструктурного аналізу (XRD): закон Брегга-Вульфа, якісний фазовий аналіз, визначення параметрів ґратки. Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (XPS) для аналізу хімічного стану поверхні. Просвічуюча електронна мікроскопія (TEM) та растрова електронна мікроскопія (SEM): фізичні основи, формування зображення, мікроаналіз (EDS). Атомно-силова мікроскопія (AFM) для дослідження морфології поверхні на нанорівні.
Тема 4. Електрохімічні методи дослідження.
Термодинаміка електрохімічних процесів. Потенціометрія: вимірювання потенціалів, іонометричні сенсори. Вольтамперометрія (циклічна, лінійна): діагностика редокс-процесів, визначення коефіцієнтів дифузії. Імпедансна спектроскопія (EIS): основи методу, моделювання еквівалентними схемами, аналіз корозійної поведінки та характеристик електродних матеріалів.
Тема 5. Термічні, хроматографічні та мас-спектрометричні методи.
Термічні методи (ТГА, ДСК): аналіз фазових переходів, термічної стабільності, складу матеріалів. Хроматографічні методи (ГХ, РХ): принципи розділення, аналіз чистоти реагентів та продуктів синтезу. Мас-спектрометрія (ICP-MS, SIMS): принципи методу, аналіз елементного та ізотопного складу з високою чутливістю. Інтеграція методів (наприклад, ТГА-МС).
Теми практичних занять
Тема 1. Робота з результатами XRD.
Розшифровка дифрактограм. Проведення якісного фазового аналізу (порівняння з базою даних ICDD). Визначення параметрів елементарної комірки. Розрахунок розміру кристалітів за формулою Шеррера. Оцінка мікронапружень.
Тема 2. Інтерпретація XPS-спектрів.
Ідентифікація елементів за оглядовим спектром. Визначення хімічного стану елементів за положенням вузьких спектрів (хімічні зсуви). Кількісний аналіз складу поверхні. Побудова профілів розподілу елементів по глибині (поєднання з іонним травленням).
Тема 3. Аналіз зображень SEM та TEM.
Визначення морфології, розміру частинок та однорідності матеріалу. Аналіз результатів елементного мікроаналізу (EDS/EDX) та побудова карт розподілу елементів. Інтерпретація даних електронної дифракції (SAED) для TEM.
Тема 4. Аналіз електрохімічних даних.
Обробка та аналіз циклічних вольтамперограм: визначення потенціалів піків, струмів піків, оцінка оборотності процесу. Розрахунок коефіцієнта дифузії за рівнянням Рендлса-Шевчика. Аналіз спектрів електрохімічного імпедансу: побудова годографів Найквіста та Боде, підбір еквівалентної електричної схеми.
Тема 5. Обробка даних термічного аналізу.
Розрахунок втрати маси за даними ТГА. Ідентифікація процесів (дегідратація, розкладання, окиснення) за ДТА/ДСК сигналами. Визначення температури фазових переходів та питомої теплоти процесів.
Тема 6. Інтегральна інтерпретація результатів.
Розгляд комплексного дослідження функціонального матеріалу (наприклад, катодного матеріалу для літій-іонних батарей). Аналіз даних, отриманих різними методами (XRD, SEM, XPS, електрохімія). Встановлення кореляції між структурою, складом, морфологією та електрохімічними властивостями.
Самостійна робота
Тема 1. Спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР).
Фізичні основи методу. Хімічний зсув. Застосування ЯМР для дослідження структури органічних та неорганічних сполук, полімерів. ЯМР-спектроскопія в твердому тілі.
Тема 2. Рентгенофлуоресцентний аналіз (XRF).
Принцип методу. Якісний та кількісний аналіз елементного складу. Переваги та обмеження методу. Пробопідготовка.
Тема 3. Методи дослідження пористих матеріалів.
Адсорбційні методи (БЕТ, ВJН): визначення питомої поверхні, об’єму та розподілу пор за розмірами. Порометрія.
Тема 4. Методи дослідження механічних властивостей.
Наноіндентування. Визначення твердості та модуля Юнга. Випробування на зносостійкість. Адгезія покриттів.
Тема 5. Розрахункове завдання.
Виконання індивідуального розрахункового завдання (включає комплексну обробку даних уявного експерименту з використанням методів XRD, XPS, SEM, електрохімії для характеристики заданого функціонального матеріалу).
Тема 6. Сучасні комбіновані методи.
Огляд гібридних методів (наприклад, RAMAN-SEM, AFM-RAMAN, електрохімічна вістова мікроскопія). Їх переваги для in-situ досліджень функціональних матеріалів.
Тема 7. Підготовка до поточного та підсумкового контролю.
Систематизація та узагальнення знань з дисципліни. Підготовка до заліку.
Неформальна освіта
Здобувач має можливість перезарахувати окремі теми або курс шляхом: проходження професійних курсів чи тренінгів, онлайн-освіти, професійних стажувань, у сфері, що відповідає навчальним цілям дисципліни.
Для зарахування необхідно надати: сертифікат (електронний або друкований) про проходження курсу/стажування, опис програми тренінгу із зазначенням змісту тем, обсягу та тривалості.
Рекомендовані курси, тренінги, стажування
1. Materials Science: 10 Things Every Engineer Should Know – University of California, Davis (Coursera, audit mode) https://www.coursera.org/learn/materials-science
Безкоштовний доступ до матеріалів курсу в режимі слухача (audit). Охоплює фундаментальні властивості матеріалів та методи їх дослідження, включаючи мікроскопію та спектроскопію.
2. Nanotechnology: A Maker’s Course – Duke University (Coursera, audit mode) https://www.coursera.org/learn/nanotechnology
Безкоштовний доступ до лекцій і матеріалів. Включає модулі з методів характеризації наноматеріалів: SEM, TEM, AFM, XRD.
3. X-Ray and Neutron Scattering – MIT (edX, audit mode) https://www.edx.org/learn/x-ray-physics/massachusetts-institute-of-technology-x-ray-and-neutron-scattering
Безкоштовний доступ до матеріалів. Поглиблений курс з дифракційних методів дослідження структури матеріалів.
4. Introduction to Solid State Chemistry – MIT (MIT OpenCourseWare) https://ocw.mit.edu/courses/3-091sc-introduction-to-solid-state-chemistry-fall-2010/
Повністю безкоштовний курс з матеріалами лекцій, завданнями та екзаменами. Охоплює зв’язок між структурою матеріалів та їх властивостями.
5. Electrochemical Energy Storage (Batteries) – NPTEL (YouTube та сайт) https://onlinecourses.nptel.ac.in/noc23_ee50/preview
Безкоштовний курс індійського консорціуму NPTEL з електрохімічними методами дослідження енергонакопичувальних матеріалів.
6. Analytical Chemistry / Instrumental Analysis – National Programme on Technology Enhanced Learning https://archive.nptel.ac.in/courses/104/106/104106122/
Безкоштовний курс з інструментальних методів аналізу (спектроскопія, хроматографія, електрохімічні методи).
Література
Основна література:
1. Конспект лекцій з курсу «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалів» для студентів другого (магістерського) рівня освіти. 2025. (Розробник: проф. Штефан В.В.). Конспект лекцій Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалів.docx
2. Методичні вказівки для практичних занять студентів з курсу «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалів». 2025. Методичні вказівки для практичних занять студентів з курсу «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріал.docx
3. Методичні вказівки для самостійної роботи студентів з курсу «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалів». 2025. Методичні вказівки для самостійної роботи студентів з курсу «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріа.docx
4. Навчально-методичні матеріали дисципліни «Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалів» на сайті кафедри технічної електрохімії НТУ «ХПІ». НММ Фізико-хімічні методи дослідження функціональних матеріалівДодаткова література:
5. V. Shtefan, N. Fernández-Navas, I. Kaban, M. Hantusch, A. Gebert, Pitting corrosion mechanisms of Ti-Cu-(Pd-) based metallic glasses in simulated physiological solution. Corrosion Science, (2025) 112913. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.112913
6. V. Shtefan, T. Prikhna, O. Kuprin, V. Podhurska, O. Ostash, P. Potapov, S. Ponomaryov, M. Karpets, V. Sverdun, V. Moshchil, T. Serbenyuk, Electrochemical corrosion of highly conductive Ti-Al-C,(Ti, Mo)-Al-C and (Ti, Cr)-Al-C coatings deposited by hybrid magnetron sputtering using MAX phases-based target. Electrochemistry Communications, (2025) 107977. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2025.107977
7. N. Fernández-Navas, C. Joy Querebillo, K. Tiwari, M. Hantusch, V. Shtefan, N. Pérez, P. Rizzi, M. Zimmermann, A. Gebert, “Electrochemical surface nanostructuring of Ti47Cu38Fe2.5Zr7.5Sn2Si1Ag2 metallic glass for improved pitting corrosion resistance”, Advanced Engineering Materials, (2024). DOI: 10.1002/adem.202302206
8. V. Shtefan, A. Gebert, M. Hantusch, K. Neufeld, J. Zeisig, L. Giebeler, V. Hoffmann, A. Undisz, U. Kühn, J. K. Hufenbach, “How the multi-phase microstructure of a novel rapidly cooled tool steel determines its corrosion behaviour in sulphuric acid solutions”, Corrosion Science, 233 (2024) 112091. DOI:10.2139/ssrn.4740384
9. N. Fernández-Navas, V. Shtefan, M. Hantusch, A. Gebert, “Acid treatments of Ti-based metallic glasses for improving corrosion resistance in implant applications”, Metals 14(2) (2024) 241. https://doi.org/10.3390/met14020241
10. Веб-сайт: http://www.crystallography.net/cod/
11. Веб-сайт: https://srdata.nist.gov/xps/
12. Веб-сайт: https://probesoftware.com/
13. Веб-сайт: https://webbook.nist.gov/chemistry/