Введение к работе
Актуальность работы.
Актуальной теоретической и практической проблемой исследований в области синтеза фуллеренов и углеродных нанотрубок является поиск наиболее эффективного, экономически целесообразного метода, а также оптимальных условий получение углеродных наноструктур (УНС) в нужных количествах и с заданными качественными параметрами. Однако для достижения этой цели необходимо определить механизмы синтеза этих УНС на основе взаимодействия атомов углерода.
Ведущими исследователями в области математического моделирования процессов в низкотемпературной плазме и формирования УНС при термическом распылении графита являются: JI. Д. Ландау, А. А. Власов, X. Альфен, Л.А. Арцимович Э. Г. Раков и А. В. Елецкий.
Задача направлена на разработку математической модели ус
ловий формирования УНС. Моделирование динамики движения.за
ряженных частиц в плазме дугового разряда с учетом столкновений
позволит исследовать механизма формирования кластерных струк
тур, определяющих формирование УНС. _.,„.,
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом
госбюджетных научно-исследовательских работ по теме «Матема
тическое и компьютерное моделирование в задачах проектирования
и оптимизации функционирования информационных технологиче
ских систем» (ГК № 01.2006.06298).
Цель работы - построение математической модели и разработка методики расчета условий образования кластерных групп из углерода, учитывающей энергии условий взаимодействующих частиц и столкновения частиц в плазме термически распыленного графита в электромагнитном поле.
Задачи исследования:
Разработка математической модели динамики заряженных частиц при электродуговом синтезе углеродных наноструктур с учетом их взаимодействия между собой.
Разработка алгоритма численного решения задачи и ее программная реализация.
Исследование свойств полученной математической модели в условиях варьирования входных параметров с использованием вычислительного эксперимента и определение областей образования углеродных кластерных групп.
Разработка комплекса программ для проведения численных и физических экспериментов электродугового синтеза УНС.
Научная новизна.
-
Составлена математическая модель движения заряженных частиц в низкотемпературной анизотропной плазме, основанная на уравнениях Власова и Максвелла с учетом парных взаимодействий между частицами.
-
Разработан модифицированный метод крупных частиц численного решения построенной математической модели с распараллеливанием вычислений. Получено решение задачи динамики движения заряженных частиц в плазме, отличающееся учетом столкновений частиц, позволяющее определить области образования углеродных кластерных групп.
-
Разработан комплекс программ для проведения синтеза УНС электродуговым методом, а также для моделирования процесса с использованием параллельных вычислений.
Практическая значимость.
Полученная математическая модель позволяет определить параметры движения заряженных частиц в плазме с учетом их столкновений. Разработанные на основе модели алгоритмы позволяют учитывать влияние буферного газа, параметров процесса, а также рассчитывать области формирования углеродных кластерных групп и режимы образования катодного депозита. Данные результаты позволят повысить эффективность процесса синтеза УНС.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях Кибернетика и Высокие технологии 21 века в 2010 и 2011 годах, а так же на отчетных конференциях Воронежской государственной технологической академии в 2009, 2010, 2011 годах.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 печатных работах, из них 3 статей в рецензируемых журналах и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим.
Все представленные в диссертации результаты получены лично автором. Личный вклад автора заключается в постановке задач и их решении. Автором разработаны математические модели, приведены методы расчета синтезированы алгоритмы и предметно-ориентированные программы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 121 страницах, содержит 77 рисунков и 4 таблицы. Библиография включает 95 наименований.
