Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, направление «Физика конденсированных сред. - презентация

1 Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на годы, направление «Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение» мероприятие «Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук», конкурс НК- 102П, «Описание быстропротекающих процессов в конденсированных средах от нано- до мезоуровня» Государственного контракт П412 от 30 июля 2009 г. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Новосибирский государственный университет»

2 Построение модели кластеризации углерода и проводимости углеродных структур на нано- и мезомасштабах при детонации конденсированных взрывчатых веществ. Цели проекта Первый этап: Предварительный сбор информации. Создание электронной библиографии публикаций по детонации конденсированных взрывчатых веществ и по конденсации углерода во взрывных процессах.

3 Анализ имеющихся в литературе данных по наноуглероду в продуктах детонации конденсированных взрывчатых веществ (ВВ), содержащих большое количество свободного углерода. Анализ полученных экспериментальных данных по наноуглероду в продуктах детонации конденсированных ВВ, содержащих большое количество свободного углерода. Анализ динамики формирования углеродных наночастиц по недавно полученным авторами проекта данным о малоугловом рентгеновском рассеянии. Анализ теоретических подходов и численных методов, применимых к описанию кинетики образования конденсированной углеродной фазы в продуктах детонации. Получение экспериментальных данных по электропровод- ности продуктов детонации конденсированных ВВ, содержащих большое количество углерода. Создание библиографии по детонации конденсированных ВВ и образованию углеродных кластеров в продуктах взрыва. Задачи первого этапа

4 Результаты первого этапа 1.Выполнен анализ имеющихся в литературе и полученных авторами проекта экспериментальных данных по наноуглероду в продуктах детонации конденсированных взрывчатых веществ, содержащих большое количество свободного углерода. Анализ теоретических подходов показал, что в настоящий момент не существует адекватной теории кинетики образования конденсированной углеродной фазы в продуктах детонации. Сформулирована модель, объясняющую большой разброс значений времени конденсации углерода в экспериментах. 2.Выполнен анализ имеющихся экспериментальных и расчетных методов определения электропроводности продуктов детонации. Показано, что наибольшей точностью обладает разработанный ранее дифференциальный метод измерения электропроводности. Показано, что метод электропроводности является чувствительным инструментом для анализа формирования частиц углерода в продуктах детонации.

5 3.Проведен анализ возможных теоретических моделей электропроводности продуктов детонации конденсированных ВВ. Наиболее перспективными являются модели проводимости по углеродным сеткам. 4.Показано, что при моделировании кинетики образования проводящих сеток на нано масштабах адекватно использовать метод молекулярной динамики для отдельных атомов углерода. В то же время на масштабах в десятки и более нанометров процесс целесообразно моделировать с использованием уравнения Ланжевена для частиц-кластеров углерода. 5.Создана электронная база ссылок на научные публикации по проблемам детонации конденсированных ВВ, образованию углеродных кластеров и детонационному синтезу алмазов. Результаты первого этапа

6 Дифференциальный метод измерения электропроводности продуктов детонации Вверху – заряд ВВ и электрическая схема для измерения электропроводности продуктов детонации. Слева – линии тока и распределение потенциалы в продуктах детонации около центрального электрода.

7 SR – пучок СИ, K1 и (K2) – ножи, формирующие сканирующий луч СИ 1 мм высотой, 12 мм шириной, Е – заряд ВВ, D – детектор СИ, K3 – нижним нож для отсечения прямого пучка. Отклоненные лучи МУРР регистрировались детектором. Малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР)

8 МУРР является перспективным методом для исследования наноструктур во взрывных процессах. \item Для примерного анализа количества сконденсировавшегося углерода достаточно знать интегральные значения МУРР. \item Для восстановления свойств частиц и структур из них по угловому распределению МУРР, представляется перспективным сравнить МУРР, рассчитанный по частицам, смоделированным методами молекулярной динамики, с МУРР, измеренным в эксперименте.

9 Пример расчета образования кластеров из отдельных частиц. Двумерная постановка. (а) Кластеры из примерно десятка частиц (~10 нс). (б) Образование цепочек. (в) За время ~1 мкс цепочки объединяются в кластеры, перекрывающие большую часть ячейки по горизонтали. В трехмерном случае соединяющий кластер должен появляться раньше, т.к. расстояния между частицами при той же доле занятого объема меньше, а коэффициент диффузии больше. Расчет образования кластеров методом молекулярной динамики

10 1 – электропроводность посредством свободных электронов, образующихся при химической реакции, 2 – проводимость по углеродным сеткам, 3 – перколяционная проводимость, 4 – экспериментальные данные. Электропроводность продуктов детонации в зависимости от объемной доли конденсированного углерода V C /V 0