Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка наноматериалов и наноразмерных систем для устройств и элементов СВЧ техники с применением комплекса прототипирования поли- и гетеронаноструктур

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
наноматериал наносистема поверхность потенциальной энергии системы уравнения квантовой механики электронная конфигурация наноразмерной системы поверхность потенциальной функции классическая динамика сложной молекулы крупно-зернистая модель методы взвешенных гистрограмм специальная стохастическая молекулярная динамика классическая молекулярная динамика со связями методы монте-карло параллельные вычисления композиционный материал на базе графеновых наноструктур слоистая структура на базе фуллерена

Цель проекта:
Разработка методов моделирования и визуализации результатов моделирования наноматериалов и наноразмерных систем с учетом нестабильности наносистем, необходимости расчета фазовых переходов с многими границами, с учетом необходимости решения задач многомерной оптимизации потенциальной энергии в условиях, когда необходимо разрешать близкие минимумы и находить седловые точки. Разработка алгоритмического обеспечения, реализующего разработанные методы моделирования и визуализации результатов моделирования наноматериалов и наноразмерных систем. Разработка программного обеспечения, реализующего разработанное алгоритмическое обеспечение. Создание экспериментального образца программно-аппаратного комплекса, реализующего разработанные методы и алгоритмы моделирования и визуализации результатов моделирования наноматериалов и наноразмерных систем.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИЭР должны быть получены следующие научные и научно-технические результаты:
1 Методы и алгоритмы численного решения уравнений квантовой механики, расчета поверхности потенциальной энергии системы, расчета межмолекулярных связей, расчета электронной конфигурации наноразмерной системы в масштабе времени порядка 10-15 секунды и в пространственном масштабе порядка 10-10 метра.
2 Методы и алгоритмы моделирования отдельных атомов.
3 Методы описания молекулярной системы во временном масштабе порядка 10-12.
4 Методы и алгоритмы квантового моделирования наноматериалов и наноразмерных систем.
5 Методы и алгоритмы моделирования наноматериалов и наноразмерных систем во временном масштабе порядка 10-6 секунд с применением крупно-зернистых моделей.
6 Методы и алгоритмы моделирования наноматериалов и наноразмерных систем на основе статистических методов взвешенных гистрограмм и методов метадинамики.
7 Алгоритмы, реализующие методы классической молекулярной динамики со связями, для моделирования графеновых наноструктур и слоистых структур на базе фуллерена.
8 Методы и алгоритмы моделирования наноматериалов и наноразмерных систем, основанные на применении метода Монте-Карло для моделирования процессов роста наноструктур.
9 Программное обеспечение, реализующее разработанные методы и алгоритмы моделирования и визуализации результатов моделирования наноматериалов и наноразмерных систем для устройств и элементов СВЧ техники с применением комплекса прототипирования поли- и гетеронаноструктур.
10 Эскизная конструкторская документация экспериментального образца программно-аппаратного комплекса (вычислительного кластера), выполняющего моделирование наноразмерных систем и наноматериалов.
11 Экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса (вычислительного кластера).
12 Методики изготовления экспериментальных образцов наноматериалов и наноразмерных систем слоистых структуры на базе фуллерена (гетероморфные в массе фуллерены типа С60 и С70) для устройств и элементов СВЧ техники с применением комплекса прототипирования поли- и гетеронаноструктур.
13 Экспериментальные образцы наноматериалов и наноразмерных систем слоистых структуры на базе фуллерена (гетероморфные в массе фуллерены типа С60 и С70) для устройств и элементов СВЧ техники с применением комплекса прототипирования поли- и гетеронаноструктур.
14 Методики изготовления экспериментальных образцов наноматериалов и наноразмерных систем композиционных материалов на базе графеновых наноструктур (полиструктурированный пироуглерод) для устройств и элементов СВЧ техники с применением комплекса прототипирования поли- и гетеронаноструктур.
15 Экспериментальные образцы наноматериалов и наноразмерных систем композиционных материалов на базе графеновых наноструктур (полиструктурированный пироуглерод) для устройств и элементов СВЧ техники с применением комплекса прототипирования поли- и гетеронаноструктур.
16 Рекомендации по использованию результатов ПНИЭР в реальных секторах экономики.
17 Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание программно-аппаратной системы общего доступа на базе технологии облачных вычислений к средствам моделирования наноматериалов и наноразмерных систем», включающий технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – ООО «Гименс».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В рамках проекта будет создан экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса, реализующий разработанные методы и алгоритмы моделирования и визуализации результатов моделирования наноматериалов и наноразмерных систем. Программно-аппаратный комплекс позволит обеспечит удаленную доступность разработанных методов и алгоритмов с использованием сети Интернет, для чего будет использована технология облачных вычислений.
Экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса (вычислительного кластера) будет применим для моделирования наноразмерных систем и наноматериалов во временном масштабе от 10 (в ( минус 6) секунды до 10 (в минус 15) секунды, в пространственном масштабе до 10 (минус 10) метра.
Экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса (вычислительного кластера) обеспечит построение и визуализацию имитационных моделей отдельных атомов, молекул и групп молекул (наноматериалов и наноразмерных систем), обеспечит исследование следующих характеристик наноматериалов и наноразмерных систем:
- прочность на сжатие: 1400-3000 МПа;
- теплопроводность: 250-2500 Вт/(м*К);
- толщина в диапазоне 5-100 нм;
- морфология поверхности;
- плотность: 2-4 г/см3;
- поглощение / отражение в оптическом диапазоне;
- поглощение / отражение в радиодиапазоне;
- поглощение / отражение в микроволновом диапазоне;
- диэлектрическая проницаемость при различных частотах.
Экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса (вычислительного кластера) будет применим при решении научных, учебных и производственных задач, связанных с созданием и исследованием наноразмерных систем и наноматериалов.
Достижению заявленных результатов способствует тот факт, что коллектив проекта имеет доступ к центру коллективного пользования «Наукоемкие технологии» ЮЗГУ со всем необходимым материально-техническим обеспечением. При выполнении ПНИЭР будут использованы различные способы моделирования, призванные отработать достижение заданных характеристик наноматериалов и наноразмерных систем с необходимой точностью на их имитационных моделях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потенциальными потребителями результатов ПНИЭР являются научные организации, учебные организации высшего профессионального образования, производственные организации, занимающиеся исследованиями в области нанотехнологий и созданием перспективных наносистем и наноматериалов.
Результаты могут быть использованы при проведении ОКР на этапах эскизного и технического проектирования, при проведении научных исследований и в учебном процессе.
Результаты ПНИЭР могут быть использованы в ходе научных и прикладных исследований различных наноматериалов и наносистем.
Результаты ПНИЭР могут быть использованы для создания принципиально новых наноматериалов и наносистем, для оценки их электромагнитных, механических и прочих свойств.
Результаты ПНИЭР могут быть использованы для организации специализированных учебных курсов, связанных с ядерной физикой, с созданием наноматериалов и наносистем.
Таким образом, результаты ПНИЭР могут быть использованы научными организациями, учебными организациями высшего профессионального образования, производственными организациями, занимающимися исследованием и созданием перспективных наносистем и наноматериалов.

Текущие результаты проекта:
- Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы;
- Описание методов и алгоритмов расчета поверхности потенциальной энергии системы 10-15 секунды и в пространственном масштабе порядка 10-10
метра;
- Описание методов и алгоритмов моделирования отдельных атомов с целью расчета электронной структуры как многомерной функции координат
ядер;
- Описание методов и алгоритмов анализа возможности образования химических связей в молекуле.
- Отчет о патентных исследованиях;
- Описание методов и алгоритмов расчета электронной конфигурации наноразмерной системы в масштабе времени порядка 10-15 секунды и в
пространственном масштабе порядка 10-10 метра;
- Описание методов и алгоритмов численного решения уравнений квантовой механики 10-15 секунды и в пространственном масштабе порядка 10-10
метра.