Введение к работе
Актуальность ' темы. В последние десятилетия ряд периментальиых результатов' и данных компьютерного іелироваїшя2 показали, что традшцюипьш подход к некоторым зико-химическнм процессам в твердых телах является недостаточным. ежде всего, это касается процессов, в результате которых происходит іеход системы в новое стационарное состоите - детонационные иы в твердых ВВ, некоторые топохимнческие реакшш в гскулярпых кристаллах, структурные и конформационные переходы в ^логических н сгагтетических полимфах, процессы механодеструкщш рдых полимеров. Анализ имеющихся результатов компьютерного хелировашія показывает, что в некоторых случаях распространение їх процессов на атомо-молекулярном уровне должно герпретироваться в термішах существенно нелгаїейньїх возбуждешш дітошіого типа (под тершшом "существенно нешшейные" шмаются такие эффекты, которые не могут быть ощісаньї іш в каком эядке теоріпі возмущешш, исходя из лгаїеаризованной задачи как )вого приближения). Подобные возбуждсішя являются нелинейными июгами линейных нормальш>іх мод, и оті могут шрать двоякую роль іслішсііноіі динамике, обеспечивая наиболее зффективньгіі способ >сноса энерпш (нстополонпеские сошітоньї) или переноса состояния полопіческис солитош>і или кішки). В первом случае сошітоньї (тветствуют локальному возбужденшо основного или гастабилыюго состояішя, а во втором - элементарному акту перехода новое состояние (при структурных переходах или химических ікциях).
На'пшая с пионерских работ Ферми, Паста, Улама3 и умансла, Шрифффа4, неследоваїше сошітоіпіьіх механизмов переноса
alker F. J.Appl.Phys., 1988, v.63, р.5548;
, 1975,v.53,p.27; Science, 1978,v.l99,p.740;
[arris, H.-N.Presies J.Chem.Phys. 1982, v.77, p.5157
Г.Дремин и др. Детонационные волны в конденсированных средах., М.,Наука.1970
З.Селнванов, Н.Н.Соловьев, В.С.Сысоев. Ударные н детонационные волны. Методы
іедовання. М.. Изд.МГУ, 1990.
Dick Appl.Phys.Lett. 1984,v.4,p.859
.Peyrard, S.Odiot, E.Lavenir, J.M.Schnur, J.Appl.Phys. 1985, v.57, p.2626; Peyrard, S.Odiot, E.Oran., J.Boris, J.Schnur Phys.Rev.B, 1986, v.33, p.2350; (.Lambracos, M.Peyrard, E.S.Oran, J.P.Boris Phys.Rev.B 1989,v.39,p.993. Л.Като, J.R.Hardy, J.Phys.(Paris), 1987, Col.C4, suppl.9, v.48,p.325.
'ерми Э., Паста Дж., Улам С. в кн. Э.Фермн, "Избранные труды", т.2, М.,Наука,1977, 643.
энергии її состояния стало одним из наиболее актуальных и іштснси развивающихся направлений во многих областях физики,5 химичсс физики6 и биофизики7. Однако, практически все работы в э направлении предполагают существование у рассматриваемой снст< либо одного стационарного состояшія, либо нескольких, но имсюі одинаковые энергии. Тем самым, из рассмотрения исключаются химические реакции, имеющие ненулевой энергетический эффект любые типы экзо- и эндотермических структурных переходов. Та положение в данной области не является случайным, поскольку недавнего времени не существовало аналитических моде: описывающих па атомно-молскулярном уровне стационарные процс< сопровождающиеся поглощением или выделением энергии.
Существование в консервативной системе, каковой явлж классическая ангармоническая модель кристалла, стационарной вол соответствующей микроскопическому фронту реакции или структури перехода, представляется несовместимым с постоянным высвобожден энергии, происходящим в результате перехода системы в более шізкос энерпш состояние. Поэтому подобные процессы рассматривал только с учетом диссипации. Развиваемый подход к проблемам экзе эндотермических переходов в бистабильных многокомпоненп системах позволяет преодолеть пріпщшвіальньїе трудности, связанш выделением энерпш в области фронта реакции.
Основными целями настоящей работы являются:
построение обобщенного гамильтониана многокомпонентных моделей, описывающих динамику молекулярі кристаллов в приближении квазиодномерпой нелинейной цепи ;
аналитическое исследование динамики квазиодномерн молекулярного кристалла в рамках полученной модели, анализ спек локализованных решений уравнений динамики;
изучение динамики двухкомпонентного топологнческ солитона методами численного моделирования;
4 Krumhansl J.A., Schriefer R. Phys.Rev.B.l 975, v.l 1, n.9, p.3535.
Косевич A.M., Иванов Б.А., Ковалев A.C. Нелинейные волны намагниченности. 6Collins М. ., 1983,v.53, р.225. 'Давыдов А.С. Солнтоны в молекулярных систсмах.Киев: Наук, думка, 1984, 288 с.
исследование характера распространения фронта омолекулярной топохнміїческой рсакціпі в зависимости от амстров решетки;
- юучсшіс вшіяшія начальных и граничных условий на характф кешія тополоппіескнх солитонов.
Научная новизна и достоверность результатов. В работе їложен новый подход к исследованию элементарного акта омолекулярных твфдофазных реакций и структурных переходов, званный на микроскопической динамике кристаллической решетки, рамках концепции нелинейных элементарных возбуждений іентаршлй акт твердофазной химической реакщш или структурного іхода ассоцшіруетея с движением локализованного нелинейного Суждения - тополопгееского солитона. Такое элементарное іуждешіе описывает переход из состояния реагентов в область ггуктов реакщш, точнее, в некоторое промежуточное динамическое ' ояние, которое затем релаксарует в состояние продуктов реакщш.
В работе построен обобщенный гамильтониан, описывающий амику широкого класса квазиодномерных нешшейных систем, дложешшй в работе подход к анализу дшіамики нешшейных систем эван на разделении главной коордшіатьі (коордштты реакщш) и эовождающей деформащш, что позволяет построить ализовашшс решешія для широкого класса многокомпонентных шейных рсінсі'ок. Впервые доказано, что в системах с двухъямным лпшалом взаимодействия могут существовать сверхзвуковые синя шла тополотческого солитона, причем с единственной южной скоростью движения. Методами молекулярной дшіамики гедована эволюция нелшіешшіх возбуждений в системах с шчными начаш>ными и іраїшчньїми условиями. Показано, что при еделенных значениях параметров решетки происходит смена режима гоостранения фронта реакщш, в результате которой формируется rit сверхзвуковой фронт, сопровождаемый монохроматическим рением.
Достоверность полученных в диссертацшг рсзулг>татов іверждаетея сопоставлеішем с результатами числешюго слированпя и предельными случаями, ошісанньїми в литературе.
Научная и практическая значимость получашых в днесертащш 'льтатов определяется тем, что оші открывают новый подход к ісшпо мехашізмов элементарных актов топохимических реакщш и жтуршых переходов. Результаты имеют принщшиалыюе значение пошімашія механизма распространеїшя экзотермических реакщш на кшо-молскулярном уровне. Часть результатов носит общий характер,
что позволяет применять нх к широкому классу твердофазных процес как в ІШЗКО-, так и в высокомолекулярных веществах. На защиту выносятся:
1. Разработка двухкомпонентной модели квазиодномери
молекулярного кристалла, допускающей обобщите на широкий ю
нелинейных систем.
2. Исследоваїше спектра локализованных нелшісії
возбуждешш двухатомной молекулярной цепи, содержаи
сверхзвуковой топологический солнтон, который описывает движс
фронта экзотермического процесса на атомно-молекулярном уро
Анализ условіш существовашія тополопіческого солнтона.
3. Разработка микроскошіческой модели элементарного а
мономолекулярной топохпмнческой рсакщш. Анализ влия
началып>1х и грашгаиых условий на процесс распространения фронта
-
Анализ кинетических кривых модельной рсакщш ударном, тепловом и "солитошюм" механизме шшщшровашш реакш
-
Характсрнзация возбужденного состояния в обла непосредственно примыкающей к фронту волны.
6. Анализ трансформации характера распространения фрс
при высоких значения энергетического эффекта рсаю
Доказательство существование стационарного фронта экзотермнчес
реакции, сопровождаемого монохроматическим излучением.
Апробация работы: Основшле результаты, вошедшие диссертацию докладывались на научшлх семинарах в ИХФ Р Московском семшіаре по теоретической физике полимеров (фнз МГУ), ученом совете и научшлх конференциях ИХФ РАН, на Всесоюзном симпозиуме по механохиміш и мєханозмисеші твердых (1990 г., Чершп-ов), Всесоюзной научно-техішческой конферен "Механохиміїчсскші сіштєз". Владивосток, 1990, Rolduc Polymer Месі Netherlands, 1992.
Публикации: Основное содержание диссертащш опублшсоваї 12 печатшлх работах, сгаїсок которых приведен в конце авторефераті
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введи трех глав основных исследований, заключения и списка цитирован литературы. Содержаїше изложено на __ печатных страницах, вклк t/C рисунков (на 2J= страницах). Список литературы содержит наименовании.
