Наночастицы и моделирование физико-химических процессов с их участием

В настоящее время наночастицы имеют большое значение в широком спектре технологических секторов - медицина, биотехнологии, сверхпроводящие материалы, плазмонные метаматериалы, наноэлектроника и другие технологии [14-23].

В свою очередь, моделирование наночастиц дает возможности получить результаты большом количестве научных направлений, на описание которых понадобится целая серия книг. Начнём с вопроса о том, что необходимо знать о моделировании наночастиц. Термин «наночастица» иногда выглядит туманным, но имеет определённое значение. В данном контексте «нано» означает объекты с диаметрами от 1 до 100 нм. «Частица» означает объект, который может быть кристаллическим (нанокристалл), аморфным или иметь некристаллическую упорядоченную структуру (например, фуллерены). Наночастица определяет твёрдый объект, в то время как жидкая структура того же размера называется нанокаплей. Под понятием «кластер» (англ, cluster - пучок, рой, скопление) понимают объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами. Нанокластеры (размером порядка десятков нанометров) находят широкое применение. Например, в органическом синтезе используют высокую каталитическую активность нанокластеров переходных металлов. Нанокластеры - разновидность наночастиц, представляющая собой аморфную или поликристаллическую наноструктуру, хотя бы один характерный размер которой находится в пределах 1 - 10 нм [24].

В данном обзоре мы сфокусируемся на индивидуальных неорганических нанокристаллах, кластерах и аморфных частицах и будем использовать термин «наночастица» по отношению ко всем этим объектам. Работы [25-31] посвящены органическим наноструктурам и многочастичным системам.

Мотивацией для моделирования наночастиц является надежда на то, что в результате мы лучше поймём их характеристики и свойства через их структуру и взаимодействие с внешней средой. «Виртуальный эксперимент», являющийся дополнением обычного эксперимента, позволит узнать что-нибудь новое и обнаружить явления и свойства, которые невозможно извлечь обычными способами.

Одним из преимуществ виртуального эксперимента над обычным является то, что он позволяет увидеть пути для преодоления сложностей, возникающих в нанонауке и нанотехнологиях. Кроме того, он позволяет изучать наночастицы в сильно неравновесных условиях, таких, как экстремально высокие температуры, давления или сильные электрические и магнитные поля, а также внутри человеческого тела. Более того, многие среды недоступны обычному эксперименту - небезопасны для экспериментаторов. Целью моделирования является понимание взаимоотношений между внешними физическими параметрами и желаемыми свойствами, которые необходимы для технологических целей. Прямые взаимоотношения такого типа чрезвычайно редки и в большинстве важных случаях структура и морфология играют роль посредников. Эта цепочка обычно подразделяется на две части. Одна из которых, фокусируется на взаимоотношениях «структура - свойство», другая - на проблеме стабильности, которая включает отношения «структура - среда». Это означает, что структура является функцией локальной среды, а свойства - функциями структуры. Если мы сможем понять эти взаимоотношения, то сможем сделать предсказания относительно поведения и свойств наночастиц, которые необходимы для определённых приложений. Термин «морфология» наночастицы включает в себя её форму, тип материала, размер и отношение поверхности к объёму AIV, топологию, симметрию, направления кристаллического роста, размерность наноструктуры и хиральность. Было показано, что множество фундаментальных свойств наноматериалов зависят от их морфологии, например квантовый конфайнмент [32], люминесцентные свойства [33, 34], g-факторы полупроводниковых квантовых точек [35] и наномагнетизм [36, 37].

1.2.

<< | >>

↑

Источник: Соколов Денис Николаевич. ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССАХ ПЛАВЛЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ: ТЕОРИЯ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2016. 2016

Еще по теме Наночастицы и моделирование физико-химических процессов с их участием:

- Альтернативные научные исследования по физике - Основы физики - Физика конденсированного состояния -

- Архитектура и строительство - Безопасность жизнедеятельности - Библиотечное дело - Бизнес - Биология - Военные дисциплины - География - Геология - Демография - Диссертации России - Естествознание - Журналистика и СМИ - Информатика, вычислительная техника и управление - Искусствоведение - История - Культурология - Литература - Маркетинг - Математика - Медицина - Менеджмент - Педагогика - Политология - Право России - Право України - Промышленность - Психология - Реклама - Религиоведение - Социология - Страхование - Технические науки - Учебный процесс - Физика - Философия - Финансы - Химия - Художественные науки - Экология - Экономика - Энергетика - Юриспруденция - Языкознание -