Компьютерное моделирование процессов неравновесной самоорганизации наночастиц металлов (Fe, Ni, Ag) и графена

• Автор: Важенин, Станислав Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Введение

Глава 1 Состояние проблемы изучения структуры и динамики

неравновесных наночастиц переходных металлов и графена

1. Гроблемы исследования структуры графена и наночастиц переходных металлов.

1.1.1 Графен и проблема стабильности в двух измерениях

1.1.2 Экспериментальные свидетельства о геометрии графеновых мембран

1.1.3 Методы расчета и моделирования наноструктур графена

1.1.4 Наночастицы металлов моделирование

1.1.5 Наночастицы металлов эксперимент

1.2 Экспериментальные аспекты изучения фемтосекундных процессоз

1.2.1 Структурно нежесткие соединения и методы регистрации.

1.2.2 Фемтохимия.
1.2.3 Лазерные спектральные методы исследования структурных перестроек наночастиц
1.3 Динамика наиосистем в неравновесных состояниях.
1.3.1 Получение наночастиц в неравновесных состояниях
1.3.2 Механизмы наноструктурной самоорганизации
1.4 Резюме по главе
Глава 2 Теоретические методы и компьютерные алгоритмы неравновесной нанодинамики.
2.1 Содержание физической модели фемтосекундной корпоративной динамики неравновесных наносистем
2.2 Выбор и обоснование модельной расчетной схемы
2.3 Вывод и интерпретация квазиклассических соотношений для параметров закона движения.
2.3.1 Классикодинамический подход.
2.3.2 Квантовый подход.
2.4 Приближения, используемые для расчета поверхности потенциальной
энергии
Глава 3 Физикохимические механизмы и закономерности процессов самоорганизации наночастиц никеля, железа и серебра
3.1 Феномен трансформенности на наноуровне.
3.2 Влияние природы и размеров ГЦК наночастиц на форму стационарных аттракторов
3.3 Временные развертки эволюционного процесса неравновесных наносистем.
3.4 Влияние типа упаковки на форму стационарных неравновесных аттракторов
3.5 Влияние внешней формы и морфологии на способы и продукты самоорганизации неравновесных наночастиц.
Глава 4 Физикохимические механизмы и закономерности процессов самоорганизации графена
4.1 Моделирование самоорганизации графена в модели фемтосекундной корпоративной нанодинамики.
4.2 Анализ, интерпретация расчетных данных и сопоставление с экспериментом.
Заключение.
Библиографический список.
ВВЕДЕНИЕ
Динамичное развитие отрасли материаловедения, связанной с объектами и процессами в области нанометровых масштабов, диктует все новые правила теоретического описания феноменов наномира. Так, открытие двумерной кристаллической модификации углерода графена, обладающего характерными наноскопическими особенностями структуры, потребовало пересмотра классической теории гибких мембран и более того введения терминологии релятивистской квантовой теории изза специфического поведения квазичастиц в графене . Еще ранее совершенствование инструментария лазерной спектроскопии 4 приблизило экспериментальную науку к той области сверхбыстрых процессов, где происходит пересечение сферы преобладания процессов унитарной эволюции с областью, где доминируют процессы квантового запутывания 5, декогеренции , зарядового и спинового сопряжения 9. Фемтосекундная лазерная спектроскопия имеет большое значение в частности для исследования динамики металлических наночастиц , . Важнейшей тенденцией в логическом развитии теоретического аппарата, сопутствующего натурному эксперимент, оказывается рост интереса исследователей к области неравновесных процессов, где ведущую роль играют феномены самоорганизации, самосборки, а квантовая эволюция систем приобретает сложный недетерминированный бифуркационный характер .
В условиях этого развития особое значение приобретает формирование соответствующего природе неравновесных явлений модельного формализма, поскольку в ряде случаев стандартные приемы молекулярного моделирования не охватывают в достаточной мере всего пространства состояний движения наносистем. В таких состояниях оказываются далекие от равновесия системы, для которых существенны эффекты неадиабатичности, динамического квантования времени эволюции и т. д. Это могут быть нанообъекты в структурно напряженных конфигурациях, активированные частицы, сохраняющие,
тем не менее, свою целостность, а также иные системы, достигающие в процессе самоорганизации своих стационарных неравновесных состояний в характерных пространственных и временных масштабах.
Актуальность


На основании полученных закономерностей в работе выявлены новые нетривиальные критерии, позволяющие предсказывать преимущественные направления эволюции структуры металлических наночастиц. Получены формы количественного отражения изменений характеристик наносистем на фемтосекундных интервалах времени эволюции. Достоверность полученных результатов базируется на физической обоснованности используемых в работе математических и компьютерных моделей. Моделирование наносистем проведено с использованием апробированных межатомных потенциалов, рассчитанных методом функционала плотности. Корректность параметров потенциалов подкреплена сопоставлением с известными литературными данными. Полученные результаты для фемтосекундных стохастических деформаций свободного графема количественно совпадают с данными расчетов стохастическим методом МонтеКарло и известными данными эксперимента. В целом, полученные в работе результаты по фемтосекундному стохастическому деформированию металлических наночастиц качественно согласуются с известными данными моделирования другими методами М. Найденный в работе пикосекундный порядок времени полной стохастической трансформации металлических наносистсм качественно совпадает с данными экспериментов, полученных при облучении наночастиц фемтосекундными лазерными импульсами. Результат,, достигнутые в работе, могут быть использованы для прогнозирования поведения малых неравновесных наночастиц металлов и графена в условиях сверхбыстрого обмена энергией в конденсированном состоянии. Предложенный подход к моделированию процессов самоорганизации наносистем может быть применен для описания разнообразных нанотехнологических процессов связанных с динамикой наночастиц в неравновесных состояниях при создании защитных покрытий, биомиметических устройств, наномембран, нанокатализаторов. Значительная часть объема работы послужила основой различных функциональных блоков зарегистрированных программных комплексов Компьютерная нанотехнология свидетельство от г. Алтайского государственного университета. Методики расчета физикохимических параметров, пространственных и временных структур в неравновесных наносистемах графена, переходных и благородных металлов. Закономерности влияния физикохимических условий эксперимента на характеристики конечных стационарных неравновесных состояний аттракторов наночастиц переходных металлов 1, Ре, . Закономерности влияния физикохимических условий эксперимента на структурную самоорганизацию наноскопических монослоев графена. Количественные меры неравновесных процессов самоорганизации наносистем. Результаты работы докладывались на Общероссийской с международным участием научной конференции Полифункциональные химические материалы и технологии в Томске, г. Международной конференции по наноматериалам и технологиям СЫпаМАРЮ в Пекине, г. X и XI международных конференциях 1СНМ8 и 1СНМ8 Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов, проводимых в Крыму на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии в Москве, г. X международной конференции Физикохимические процессы в неорганических материалах в Кемерово, г. V международной конференции студентов и молодых ученых Перспективы развития фундаментальных наук в Томске, г. СНГ Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы в Уфе, г. Фундаментальные основы и инженерные приложения в Томске, г. V Международной конференции Материалы и покрытия в экстремальных условиях исследования, применение, экологически чистые технолог ии производства и утилизации изделий в Крыму, г. Е i в Варшаве, и гг. Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы в Красноярске, г. I региональной научнопрактической конференции Перспективы развития наноиндустрии Алтая в Бийске, г. По материалам диссертации опубликовано работы из них статей две в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах из списка ВАК, материалов трудов конференций, 8 тезисов. Также получены два свидетельства о регистрации программ для ЭВМ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы 0 наименований. Работа изложена на 4 страницах, включая 3 таблицы и рисунка.