Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание программно-вычислительного комплекса для компьютерного моделирования наноструктурных сорбентов на основе органических и неорганических аэрогелей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками, и процессов адсорбции в них

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
математическое моделирование, компьютерное моделирование, наноструктурированные сорбенты, аэрогели, углеродные нанотрубки, клеточные автоматы, диффузия ограниченная аггрегацией

Цель проекта:
Разработка программно-вычислительного комплекса, позволяющего моделировать структуру и адсорбционные свойства углеродных наноструктурированных сорбентов на примере органических и неорганических аэрогелей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками с повышением на 20-25 % точности совпадения характеристик моделируемого сорбента со свойствами реального сорбента, который будет использоваться учеными, работающими в области разработки новых материалов, и позволит резко сократить время и стоимость экспериментальных исследований.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения НИР будет разработан программно-вычислительный комплекс, который позволит предсказывать процесс адсорбции твердых модельных веществ и модельных газов в нанопорах органических и неорганических аэрогелей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками. На сегодняшний день, аналогичные программные продукты не представлены на российском и международном рынках программного обеспечения.
Разрабатываемый ПВК будет обеспечивать моделирование следующих характеристик и свойств наноструктурированных сорбентов:
- Моделирование процесса структурообразования наноструктурированных сорбентов.
- Моделирование процесса адсорбции твердых веществ в порах наноструктурированных сорбентов.
- Моделирование процесса адсорбции газов в порах наноструктурированных сорбентов.
Будет обеспечена следующая степень совпадения значений свойств реального сорбента и модели сорбента на основе неорганических и органических аэреголей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками:
- cтепень совпадения значений пористости и распределения пор по размерам реального сорбента и модели сорбента на основе кремниевых аэрогелей с внедренными нанотрубками - не менее 0,9.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения НИР будет разработан программно-вычислительный комплекс, который позволит предсказывать процесс адсорбции твердых модельных веществ и модельных газов в нанопорах органических и неорганических аэрогелей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками. На сегодняшний день, аналогичные программные продукты не представлены на российском и международном рынках программного обеспечения. В ходе работ будет проведено моделирование углеродных наноструктурированных сорбентов на примере кремниевых аэреголей с внедренными углеродными нанотрубками в известных программных продуктах с интерпретацией результатов моделирования методами молекулярной механики, молекулярной динамики, DLA, MultiDLA, Монте-Карло, клеточными автоматами и их чувствительности к допущениям, сделанным при построении модели, описанием ключевых достоинств и недостатков программного обеспечения. Будет разработана комплексная математическая модель углеродных наноструктурированных сорбентов на примере неорганических и органических аэреголей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками с описанием их структуры, физико-химических свойств, элементного и функционального состава. С целью приближения результатов моделирования к условиям реальных испытаний и повышения точности расчётов будет обеспечен учёт параметров окружающей среды температура, состав газа/газов, свойства адсорбироанного твердого вещества, давление. Будут разработаны требования к алгоритмам и архитектуре ПВК, а также к условиям моделирования. Будет проведен сравнительный анализ структурных характеристик и сорбционных свойств углеродных наноструктурированных сорбентов на примере неорганических и органических аэреголей, в том числе с внедренными углеродными нанотрубками.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемый ПВК позволит значительно сократить время и стоимость экспериментальных исследований для создания наноструктурных сорбентов нового поколения. Создаваемые сорбенты могут быть использованы в следующих областях:
-генерация и визуализация виртуальных структур нанопористых веществ.
-адсорбированные твердые модельные вещества могут выступать в роли активных фармацевтических ингредиентов.
-сорбенты с внедренными углеродными нанотрубками могут выступать в роли индикаторов для газов, что может быть применено как в гражданской сфере (тяжелая и металлургическая промышленность, оценка экологических условий в населенных пунктах, добыча полезных ископаемых, МЧС), так и военной сфере, как индикаторы на боевые отравляющие вещества.

Текущие результаты проекта:
Проведены экспериментальные исследования процесса адсорбции модельных твердых веществ в порах органических и неорганических аэрогелей.
Разработана математическая модель процесса генерации структур органических и неорганических аэрогелей с помощью методов слабоперекрывающихся сфер, MultiDLA и кластер-кластерной агрегации.
Разработана математическая модель процесса генерации структур неорганических аэрогелей с помощью методов слабоперекрывающихся сфер, MultiDLA и кластер-кластерной агрегации и высокопроизводительные алгоритмы на основе модели.
Разработана математическая модель процесса адсорбции твердых модельных веществ в порах органических и неорганических аэрогелей и высокопроизводительные алгоритмы на основе модели.
Разработаны модули ПВК для генерации структур и моделирования процесса адсорбции твердых модельных веществ в порах органических и неорганических аэрогелей.
Проведен анализ экспериментальных данных и определение влияния параметров ведения процесса адсорбции, свойств органических и неорганических аэрогелей и свойств твердых модельных веществ на количество адсорбированного вещества.
Разработаны методики получения органических аэрогелей с внедренными углеродными нанотрубками . Получение экспериментальных образцов органических аэрогелей с внедренными углеродными нанотрубками.
Проведены экспериментальные исследования процесса адсорбции твердых модельных веществ и газов в порах органических аэрогелей с внедренными углеродными нанотрубками.
Разработана математическая модель генерации структуры и процесса адсорбции в порах органических аэрогелей с внедренными углеродными нанотрубками и высокопроизводительные алгоритмы на основе моделей.
Разработан модуль ПВК для моделирования процесса адсорбции модельных газов в порах органических аэрогелей с внедренными углеродными нанотрубками.
Изучены изменения физико-химических и электрохимических свойств органических аэрогелей с внедренными углеродными нанотрубками от количества и типа адсорбированного газа.
Проведен анализ экспериментальных данных и определение влияния параметров ведения процесса адсорбции, свойств органических аэрогелей и свойств газов на количество адсорбированного газа.