Математическое моделирование процессов получения кластерных наноструктур

• Автор: Замотин, Кирилл Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 193 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Обзор современного состояния теоретических исследований и технологий по получению наноматериалов в газовых средах

1.1. Технологии получения тонких слоев наноматериалов

1.1.1. Химическое осаждение из газовой фазы

1.1.2. Методики плазмохимического осаждения

1.1.3. Метод физического осаждения из газовой фазы и другие методы получения наноматериалов
1.2. Исторический обзор теоретических исследований в области технологий получения наноматериалов и роль и место в них подходов математического моделирования
1.3. Методы математического моделирования молекулярных кластеров и малых нанообьектов, структур, возникающих на поверхности получаемого материала и физико-химических процессов, протекающих при осаждении материала из газовой фазы
1.3.1. Математические модели, описывающих процессы, протекающие на микро - (атомно-молекулярный) уровне
1.3.2. Математические модели, описывающих процессы, протекающие на, поверхностном уровне (организация нанокластеров, поверхностных структур)
1.3.3. Математические модели, описывающих процессы, протекающие на макро уровне (физико-химические процессы на уровне реактора)
2. Моделирование структуры нанопокрытия, возникающего в результате низкотемпературного плазмохимического осаждения
2.1. Введение
2.2. Выделение возможных типов агломерации

2.3. Объемная агломерация I типа. Цепочки
2.3.1. Описание условий получения агломератов
2.3.2. Построение математической модели процесса агломерации I типа
2.3.3. Математическая постановка задачи. Основные допущения, начальные и граничные условия
2.3.4. Численный эксперимент по определению структуры нанопокрытия
2.3.5. Некоторые результаты численного эксперимента агломерации I типа
2.4. Выводы по результатам раздела
3. Агломерация пылевых частиц II типа. Шары
3.1. Введение
3.2. Постановка задачи
3.3. Модель движения частиц. Определение баланса сил, действующих
на пылевую частицу
3.4. Распределение поля потенциала вдоль оси реактора
3.5. Решение задачи в рамках модели агломерации
3.6. Моделирование движения со столкновениями заряженных и
нейтральных наночастиц
3.7. Численный эксперимент по определению размеров частиц,
поступающих на подложку
3.8. Аналитическое решение задачи распределения потенциала в
пролетном промежутке при атмосферном давлении
3.9. Выводы по результатам раздела
4. Поверхностная агломерация III типа. Дендриты

4.1. Введение
4.2. Постановка задачи
4.3. Математическая постановка задачи. Приведение уравнений к
безразмерным параметрам
4.4. Задача пробоя диэлектрика
4.5. Моделирование формирования мультифракталов. Определение
размерности Хаусдорфа - Безинковича для получаемых структур
4.5.1. Некоторые свойства спектра обобщенных фрактальных размерностей
4.5.2. Мультифрактальный спектр
4.5.3. Связь результатов моделирования с экспериментом
4.6. Выводы по результатам раздела
Заключение
Список цитированных источников

Сам термин «нанотехнология» впервые был употреблен в 1974 году японским физиком Норио Танигути. Он назвал этим термином производство изделий из отдельно взятых атомов. Первым шагом на пути к перемещению атомов стало создание сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), позволяющего строить трехмерную картину расположения атомов на поверхностях проводящих материалов [52,55,56]. Суть метода, используемого в СТМ, заключается в следующем: игла, к которой приложена разность потенциалов, перемещается над образцом на высоте порядка одного ангстрема. Электроны из образца преодолевают удерживающий потенциальный барьер и поступают на иглу и создают, таким образом, туннельный ток. Туннельный эффект, лежащий в основе данного подхода заключается в возможности преодоления микрочастицей потенциального барьера даже в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты такого барьера. СТМ был создан немецким и швейцарским физиками Г. Биннигом и Г. Рорером в цюриховской лаборатории 1ВМ в 1981 году. Спустя 4 года, в 1985, группа исследователей (Роберт Керл, Харолд Крото, Ричард Смолли) впервые сумела измерить объект размером 1 нм. Исследователи занимались изучением масс-спектров паров графита, полученных при лазерном облучении твердого образца, и обнаружили пики, соответствующие 720 и 840 атомным единицам массы [57]. Они предположили, что данные пики отвечают молекулам С60 и С70. Такие полиэдрические кластеры углерода получили название фуллеренов. Уже в 1991 год японский физик С. Лиджима использовал фуллерены для создания углеродных трубок (нанотрубок) диаметром 0,8 нм.
Проблема визуализации атомов любых материалов, а не только проводящих (СТМ), была решена к 1986 году, когда Г. Бинниг разработал сканирующий атомно-силовой зондовый микроскоп (АТМ).
Широкую известность термин "нанотехнологии" приобрел после предсказания американского футуролога Э. Дрекслера [58] в 1986 году о скором начале активного развития нанотехнологий. Им была выдвинута концепция универсальных молекулярных роботов, работающих по заданной программе и