ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................... 4
ГЛАВА 1. ПРОГРЕСС ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
РАЗРАБОТКИ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
МАТЕРИАЛОВ .......................................................................................................................... 24
1.1. СОВРЕМЕННАЯ СУБАТОМНАЯ АТТОФИЗИКА И НОВЫЕ КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ
СОСТОЯНИЙ МАТЕРИАЛОВ ..................................................................................................................................... 24
1.2. СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОМИМЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ............................................ 35
1.3. CОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНКАПСУЛИРОВАННЫХ АМС
БИОМИМЕТИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ ....................................................................................................................... 43
1.3.1. Физические модели инкапсулированных АМС ................................................................................. 43
1.3.2. Эволюция квантовой наносистемы в диссипативной среде конденсированного состояния ........ 52
1.3.3. Квазистационарная релаксация квантовых наночастиц ................................................................... 56
1.3.4. Методы компьютерного моделирования квантовых наносистем .................................................... 59
1.3.4.1. Релаксация наносистем в методе молекулярной механики ..................................................... 59
1.3.4.2 Релаксация наносистем в методе Монте-Карло ......................................................................... 63
1.3.4.3. Релаксация наносистем в методе молекулярной динамики ..................................................... 66
1.3.4.4 Применение моделей клеточных автоматов для имитации самосборки и самоорганизации
наносистем ................................................................................................................................................ 69
1.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ 1 И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ..................................................................... 76
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ КВАНТОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ КАПСУЛ ЭМС В
ФИЗИКЕ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ....................................................... 79
2.1. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КАПСУЛЫ ЭМС .......................................................................................................... 79
2.2. КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ КОНЦЕПЦИЯ РЕЛАКСАЦИИ СОСТОЯНИЙКАПСУЛЭМС ................................................ 83
2.3. КОГЕРЕНТНАЯ ВНУТРЕННЯЯ КОНВЕРСИЯ ЭНЕРГИИ КАПСУЛЫ ЭМС ....................................... 89
2.4. ДИССИПАЦИЯ ЭНЕРГИИ НЭМС ............................................................................................................. 97
2.5. МЕХАНИЗМЫ РЕЛАКСАЦИИ ОТКРЫТЫХ ЭМСНАНОСИСТЕМ .................................................... 104
2.6. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 ................................................................................................................................. 108
ГЛАВА 3. ДИССИПАТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ КВАНТОВЫХ КАПСУЛ НЭМС .... 110
3.1 ГЕНЕЗИС И МУЛЬТИТРАНСФОРМАЦИЯ КВАНТОВЫХ КАПСУЛ НЭМС ..................................... 110
3.2 РАСЧЁТ ЭНЕРГИИ КАПСУЛ ЭМС МЕТОДОМ АКФП В ПРИБЛИЖЕНИИ ОРБИТАЛЬНО-
ОБОЛОЧЕЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛОВ ПЛОТНОСТИ ................................................................................... 115
3.3 ТОПОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СВЯЗЕЙ В КВАНТОВОЙ ДИССИПАТИВНОЙ СТРУКТУРЕ НЭМС
............................................................................................................................................................................. 119
3.4. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3 ................................................................................................................................. 123
ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАНТОВОГО
ПРОЦЕССИНГА НЭМС ........................................................................................................ 125
4.1. КВАНТОВЫЙ ПРОЦЕССИНГ НЭМС КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ..................................................... 125
4.2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ РЕЛАКСАЦИИ ЭМС ............................................................ 131
4.3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РЕЛАКСАЦИОННОЙ САМОСБОРКИ И САМООРГАНИЗАЦИИ
НЭМС.................................................................................................................................................................. 134
4.4. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4 ................................................................................................................................. 139
ГЛАВА 5. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
САМОСБОРКИ И САМООРГАНИЗАЦИИ НЭМС УГЛЕРОДА. ................................ 140
5.1 САМООРГАНИЗАЦИЯ МОНОМЕРНЫХ КАПСУЛ ЭМС ГРАФЕНА .................................................. 140
5.1.1 Компьютерное моделирование капсул ЭМС графена ..................................................................... 140
5.1.2 Графеновые квантовые наноэлектромеханические системы накопления энергии ....................... 142
5.1.3 Анализ результатов компьютерного моделированиякапсул ЭМС перфорированных листов
графена .......................................................................................................................................................... 148
5.2. САМОСБОРКА И САМООРГАНИЗАЦИЯ НАНОГЕЛЕЙ УГЛЕРОДА ............................................... 153
3
5.2.1 Компьютерная модель самосборки капсул ЭМС наногелей кубических кластеров углерода в субмикронных порах .................................................................................................................................... 153
5.2.2. Три морфологических типа самоорганизации наногелей углерода............................................... 156
5.3 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5 .................................................................................................................................. 162
ГЛАВА 6. ФИЗИКОХИМИЯ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САМОСБОРКИ И САМООРГАНИЗАЦИИ НАНОСИСТЕМ МЕТАЛЛОВ .............. 166
6.1 САМОСБОРКА И САМООРГАНИЗАЦИЯ НАНОЧАСТИИЦ СЕРЕБРА НА УГЛЕРОДНОМ ПОЛИМЕРЕ ....................................................................................................................................................... 166
6.1.1 Компьютерное моделирование наносистем серебра на углеродном полимере ............................. 166
6.1.2 Методика эксперимента и обоснование физической модели .......................................................... 168
6.1.3 Компьютерное моделирование наносистем Ag ................................................................................ 170
6.2 САМОСБОРКА И САМООРГАНИЗАЦИЯ НЭМС ФРАКТАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ НИКЕЛЯ В НАНОПОРАХ .................................................................................................................................................... 177
6.2.1 Компьютерные модели фрактальных наносистем никеля в порах наноуглерода ......................... 177
6.2.2 Синтез фрактального покрытия Ni из активного центра на поверхности и в объёме нанопоры . 181
6.2.3 Синтез фрактального покрытия Ni из активных центров одной грани нанопоры ........................ 183
6.2.4 Синтез фрактального покрытия Ni из активных центров двух граней нанопоры ......................... 186
6.3 НАНОСИСТЕМЫ NI И TI ............................................................................................................................ 191
6.3.1. Мульти-структуры аттракторов релаксации капсул ЭМС Ni ........................................................ 191
6.3.2 Мульти-кинетика релаксации наносистем Ni c разной нуклеарностью и при разной температуре ........................................................................................................................................................................ 194
6.3.3. Релаксационная устойчивость cимметричных капсул ЭМС Ni ..................................................... 197
6.3. Релаксации капсул ЭМС Ti .................................................................................................................. 199
6.4 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 6 .................................................................................................................................. 205 ГЛАВА7. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОУРОВНЕВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МАТЕРИАЛОВ ............................................. 211 7.1. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДОВ ВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА, НИКЕЛЯ ................................................................................. 211 7.2 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭМС УГЛЕРОД – НИКЕЛЬ-ВОДОРОД НА АНОДЕ ТЭ... 215 7.3 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАПСУЛ ЭМС ........................................................ 219 В НАНОСИСТЕМЕ «УГЛЕРОД-НИКЕЛЬ-ВОДОРОД» ................................................................................................ 219 7.4 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 7 .................................................................................................................................. 221
ГЛАВА 8. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕНСОРНО-АКТУАТОРНЫХ НЭМС 3D- И 4D-ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ. ............................................................... 223
8.1 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И НУКЛЕАРНОСТИ НА СТРОЕНИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ЁМКОСТЬ КАПСУЛ ЭМС ЖЕЛЕЗА............................................................................................................... 225
8.1.1 Физические свойства капсулы ЭМС Fe172 при Т = 1 К, 77 К, 293 К ............................................... 226
8.1.2 Физические свойства капсулы ЭМСFe256 при Т = 1 К, 77 К, 293 К ................................................ 229
8.1.3 Физические свойства капсулы ЭМС Fe500 при Т = 1 К, 77 К, 293 К ............................................. 234
8.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ НЭМС КАПСУЛАМИ 3D- И 4D-ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ VIII-ГРУППЫ ................................................................................................. 240
8.2.1 Величина аккумулированной энергии НЭМС капсулами ............................................................... 240
8.2.2 Термополевые квантовые флуктуации энергии НЭМС при релаксации ....................................... 244
8.2.3 Длительность стадий перехода капсул ЭМС в состояние расширенного куба ............................. 245
8.2.4 Время жизни капсулы ЭМС в состоянии «расширенного куба» ................................................... 246
8.2.5 Время релаксации НЭМС в состояние «выпукло-вогнутого» кубоида. ......................................... 247 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 8 ............................................................................................................ 248
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................................... 250
