Разработка методов многомасштабного моделирования и виртуального проектирования наноструктурированных материалов

1. Проведен анализ научно-технической литературы и выбраны основные направления исследований.
2. Разработаны методики проведения исследований в области применения физико-химических и информационных моделей для многомасштабного описания систем, позволяющих моделировать и исследовать структуру и процессы оптических хемосенсоров.
3. Исследованы физические явления в разных пространственных и временных масштабах для описания динамики систем с заданным уровнем точности и достоверности.
4. Проведены экспериментально-теоретические исследования поставленных в комплексном проекте задач по многомасштабному моделированию нанотехнологических процессов и наноструктурированных материалов.
5. Определен список основных создаваемых модулей и их главных характеристик, а также схем увязки их в целый комплекс.
6. Выделены и описаны специальные возможности комплекса, необходимые для конструирования оптических хемосенсоров.
7. Сформулированы требования к форматам входных и выходных данных для всего комплекса и для каждого модуля в отдельности.
8. Определены схемы передачи данных и информации между уровнями (процедуры огрубления рассмотрения при переходе от низшего масштабного уровня к более высокому).
9. Разработаны требования к клиент-серверной архитектуре построения программного комплекса.

Дано экспериментальное и теоретическое обоснование работ и разрабо-тана концептуальная схема использования функциональности комплекса для решения задач проектирования оптических хемосенсоров. Рассмотрены моде-ли рецепторных центров на основе полимерных матриц и силикагеля, на ос-нове макроциклических молекул, на основе краунсодержащих красителей. Рассмотрены методики атомистического моделирования на уровне молекул, супрамолекул и наночастиц. Подробно рассмотрены физические модели опи-сания диффузии и адсорбции, а также процессов самосборки наночастиц. Раз-работаны атомистические и феноменологические (континуальные) модели и дан вывод уравнений, описывающих рассматриваемые системы, физические явления и процессы на разных временных и пространственных масштабах для следующих модулей:
- Конструктор трехмерных структур молекул и комплексов
- Конструктор супрамолекулярных систем
- Конструктор наночастиц
- Конструктор микроструктур (ансамбль наноструктур)
- Модуль расчета физико-химических свойств наночастиц и ансамблей наночастиц
- Модуль расчета оптических характеристик структур
- Модуль моделирования диффузионных и адсорбционных процессов взаимодействия молекулярных газов с мембранными и упорядоченными структурами.
Разработаны и изготовлены блок-схемы отдельных модулей. Разработана архитектура создаваемого комплекса, функционально-структурная модель, и блок-схема всего комплекса. Разработан блок импорта и обмена данными ме-жду компонентами пакета многоуровневого физико-химического моделиро-вания, разработана функционально структурная модель и архитектура комплекса, разработана блок-схема иерархически-структурированной базы данных исследуемых объектов и результатов моделирования. Дано технико-экономического обоснование и подготовлен отчет о патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96.

1. Проведено математическое моделирование и изготовление инструментов, входящих в комплекс, осуществлена программная реализация разрабатываемых модулей:- Конструктор трехмерных структур молекул и комплексов.- Конструктор супрамолекулярных систем.- Конструктор наночастиц.- Конструктор микроструктур (ансамбль наноструктур).- Модуль расчета физико-химических свойств наночастиц и ансамблей наночастиц.- Модуль расчета оптических характеристик структур.- Модуль моделирования диффузионных и адсорбционных процессов взаимодействия молекулярных газов с мембранными и упорядоченными структурами.- Блок импорта и обмена данными между компонентами пакета многоуровневого физико-химического моделирования (включая программы сторонних производителей, которые по желанию могут быть использоваться пользователем).2. Разработана и изготовлена иерархически-структурированная база данных исследуемых объектов и результатов моделирования.3. Разработаны методы и алгоритмы визуализации данных.4. Разработаны наборы тестовых данных для верификации и сравнения с результатами испытаний.5. Разработаны программы и методики испытаний и надежного функционирования макета комплекса в целом и отдельных модулей.6. Проведено испытание макета комплекса в целом и функциональности отдельных модулей на предмет соответствия требуемому уровню, выработаны списки требований на доработку модулей комплекса.7. Выполнена доработка модулей комплекса в соответствии с требованиями.8. Проведены повторные испытания макета комплекса и его надежного функционирования.9. Разработана рабочая техническая документация на макет комплекса.10. Определены синтаксис и семантика языка.11. Проведены дополнительные патентные исследования.

Проведена апробация применения разработанного комплекса для моделирования хемосенсоров.Выполнено программирование и отладка программ.Проведена валидация программного комплекса.Определены требования по доработке модулей программного комплекса.

Разработана ПМ приемочных испытаний программ для ЭВМ и комплекса в целом. Проведены предварительные испытания программ для ЭВМ и комплекса в целом. Проведены расчеты конкретных систем, специально выбранных для модельной разработки материала для оптических хемосенсоров на различные функциональные молекулы (молекул-аналитов, молекул-индикаторов, их комплексов и взаимодействий). Разработана рабочая и эксплуатационная документация на комплекс.

Проведены приемочные испытания программ для ЭВМ и комплекса в целом. Выполнена корректировка программы и программной, рабочей и эксплуатационной документации по результатам испытаний. Произведена передача программ для ЭВМ в фонд алгоритмов и программ. Определена рыночная стоимость интеллектуальной собственности. Проведены дополнительные патентные исследования.