59
Последние десятилетия стали временем значительного прогресса, как в
теории, так и в развитии соответствующих вычислительных алгоритмов в
компьютерной физике конденсированных сред. В результате возникла
новая научная дисциплина – компьютерное материаловедение, которая
пока еще является разделом физики, но имеет все шансы быстро превра-
титься в одну из перспективных инженерных наук. Можно сказать, что
развивающиеся технологии компьютерного моделирования на атомарном
уровне (вычислительная квантовая механика, молекулярная динамика и
механика, моделирование свойств на молекулярном и субмолекулярном
уровне) стали мостом, связывающим фундаментальную физику конден-
сированного состояния с инженерным материаловедением. Для определе-
ния характеристик наночастиц, связанных с тонкими деталями незамени-
мы методы первопринципной молекулярной динамики (МД). Однако, этот
метод требует существенных вычислительных ресурсов и ограничен рас-
четами систем из не более чем 100-200 частиц. Поэтому для изучения
процессов парофазного синтеза наночастиц в условиях реального экспе-
римента более приемлемо использование методов классической МД для
описания быстрых процессов (типа столкновения наночастиц различных
размеров), которые протекают на атомном масштабе времен и простран-
ства
, и методов теории непрерывной среды для описания конвективного
движения потоков частиц в поле температурных градиентов, создаваемых
в реакторе для их синтеза. Такое многомасштабное моделирование пред-
полагает не только моделирование в разных масштабах от атомного, до
макро уровня, но и возможность применения результатов моделирования,
полученных на одном уровне в качестве исходных
данных для моделиро-
вания на следующем уровне масштабирования. В предлагаемой работе
для моделирования процессов возникновения наночастиц металлов из
газовой фазы используются все три указанных выше метода. Такое соче-
тание позволяет находить зависимости между различными физическими
параметрами и процессами образования наночастиц, изучить условия, при
которых возможно образование металлических наночастиц, имеющих
требуемые размеры
и структуру. Результаты первопринципного модели-
рования, наряду с экспериментальными данными, позволяют определить
параметры ЕАМ –потенциала, используемого для МД- моделирования.
МД-моделирование , в свою очередь, позволяет определить скорость рос-
та наночастицы, как функцию температуры и размера. Данная зависи-
мость позволяет выполнить математическое моделирование процесса
формирования твердых наночастиц в насыщенной газовой фазе
путем
расчета свободно-конвективных течений, вызванных температурной и
концентрационной неоднородностью среды. Осуществляется построение
численной модели процесса, включающей формирование и осаждение
наночастиц и гидродинамическое описание свободно-конветивных тече-