Математическое моделирование структуры и процессов взаимодействия электромагнитного излучения с некоторыми типами мезо- и нанообъектов

• Автор: Романова, Екатерина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Основные свойства и методы математического

моделирования мезо и нанообъектов обзор

1.1. Классификация нанокластеров, наноструктур

и методов их получения

1.2. Основные свойства мезоскопических объектов.

1.2.1. Оптические свойства

1.2.2. Специфические свойства биологическиактивных нанокластеров

1.2.3. Структура наноматериалов и размерные эффекты.

1.3. Наиболее распространенные теоретические модели мезоскопических кластеров.

1.3.1. Микроскопическая модель внутрикластерной
атомной динамики.
1.3.2. Термодинамическая модель.
1.3.3. Квантовостатистическая модель.
.4. Компьютерные модели кластеров
1.3.5. Фрактальные модели кластеров.
1.3.6. Самоорганизация фрактальных кластеров
1.3.7. Оболочечные модели кластеров
1.3.8. Структурная модель кластеров.
1.4. Схема Метрополиса.
1.5. Квантовые методы моделирования нанокомплексов
1.5.1. Метод валентных связей.
1.5.2. Теория кристаллического поля.
1 Элементы теории симметрии молекул.
1.5.4. Теория поля лигандов ТПЛ.
1.5.5. Особенности электронной структуры
ионов комплексообразователей
1.6. Современные подходы к решению задачи взаимодействия электромагнитного излучения с агломератами
ГЛАВА 2. Математическое моделирование кластеров воды
2.1. Постановка задачи
2.2. Квантовомеханические методы моделирования.
2.2.1. Метод iii
2.2.2. Теория функционала плотности
2.3. Проведение вычислительных экспериментов
2.4. Обсуждение результатов вычислительных экспериментов
ГЛАВА 3. Математическое моделирование электронной структуры
биологическиактивных нанокомплексов
3.1. Моделирование электронной структуры активных
центров бионанокомплексов.
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Модель механизма ингибирования гемсодержащих нанокомплексов оксидаз.
3.1.3. Модель структуры активного центра марганецсодержащих каталитических систем
3.2. Модель образования и структуры, молекулярных
орбиталей марганцевых комплексов
3.2.1. Расчетная модель на основе полуэмпирического метода молекулярных орбиталей.
3.2.2. Общие выводы по результатам расчтов.
3.3. Моделирование взаимодействия слабых электромагнитных полей с бионанокомплексами
3.3.1. Постановка задачи.
3.3.2. Квантовая модель перехода, индуцированного слабым электромагнитным полем.
3.3.3. Оценка момента перехода.
ГЛАВА 4. Взаимодействие электромагнитного излучения с малыми
частицами. Вычислительный эксперимент
4.1. Постановка задачи.
4.2. Расчетная часть.
4.2.1. Расчет начальных данных.
4.3. Основные результаты, полученные с помощью программного комплекса.
Заключение.
Список литературы


В главе изложены алгоритм, основные результаты численных исследований по расчету энергетических параметров системы, поглощению и рассеиванию энергии с построением зависимостей от времени для фракций различных химических веществ, таких как Н (вода), Ю2 (диоксид азота), Б (диоксид серы) и Н2Б (серная кислота). С учетом материалов, изложенных в первой и второй главах диссертационной работы, разработаны алгоритм, математическая модель и программный комплекс. На основании которых проведены вычислительные эксперименты по испарению и коагуляции кластеров малых размеров в поле электромагнитного излучения. Расчеты параметров проводились на основе классического подхода и с учетом квантовых параметров, полученных с использованием теории функционала плотности. В заключении диссертационной работы проведен анализ полученных результатов и основные выводы о проделанной работе. Выражаю благодарность сотрудникам кафедры «Прикладная математика» ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета «СТАНКИН» и научному руководителю д. Уваровой Л. А. за оказанное участие и помощь в подготовке диссертации к защите. ГЛАВА I. Классификация нанокластеров, наноструктур и методов их получения. Классификация мезо- и нанокластеров, наноструктур, а также способов их получения приведена в таблице 1. Таблица 1. Молекулярные кластеры (кластеры металлов) Многоядерные комплексные соединения. Основа молекулярной структуры - окруженный лигандами остов из атомов металла. Коллоидные кластеры (различают гидрофильные и гидрофобные) Получают из растворов в результате химических реакций. Поверхность коллоидных кластеров пассивируют лигандами или ПАВ. Кластеры в растворе образуют мицеллы - наноструктуры. Размеры кластеров от 1-5-0 нм. Продо :гжение таблицы 1. Матричные нанокластеры и супрамолскулярные наноструктуры Получение нан ©изолированных друг от друга нанокластеров с использованием матриц. Получают такие кластеры низкотемпературной изоляцией кластеров в матрице инертных газов, синтез ! Супрамолскулярныс наноструктуры на основе; полимеров и биополимеров. Ко. Кластерные кристаллы и фуллериты Молекулярные кристаллы, образующиеся за счет слабых вандерваальсовых и водородных связей (глобулярные белки, кристаллы сульфидов). Нанокристаллические порошки Для их получения используются методы синтеза: 1) газофазный синтез (частицы размером от 2 нм до сотен нм. Основные технологические методы, варианты методов получения наноматериалов приведены в таблице 1. Таблица 1. Специфические особенности структуры, свойств и функционирования (в случае биологически-активных комплексов наноразмеров) мезоскопических объектов привлекают внимание ученых самых различных областей. На рис. Для экспериментального исследования наночастиц, наносистем используется широкий диапазон методов: мессбауэровская спектроскопия, рентгеновская и зондовая микроскопия, электронная спектроскопия и дифракция электронов [4], но в силу квантовой природы многих свойств экспериментальные методы имеют предел применимости. В связи с этим, большие перспективы в исследовании мезоскопических объектов открывают методы математического моделирования, которым посвящена данная работа. Рис. Некоторые специфические свойства, области существования и применения, экспериментальные и теоретические методы исследования мезоскопических объектов [4, 7]. На рис. Механические. Рис. Сводная схема основных свойств мезообъектов. Достаточно подробно основные свойства мезоскопических объектов рассматриваются в работах [3, 7, 8]; поэтому рассмотрим свойства, знания которых является необходимым для решения поставленных задач. Рассеяние и поглощение света мезо- и наночастицами по сравнению с макроскопическим твёрдым телом имеет ряд особенностей []. Экспериментально эти особенности наиболее отчетливо проявляются при изучении большого числа частиц. Так, коллоидные растворы и гранулированные плёнки могут быть интенсивно окрашены вследствие специфических оптических свойств мезо- и наночастиц. Классическим объектом изучения оптических свойств дисперсных сред является золото (Аи).