Создание программно-вычислительного комплекса для компьютерного моделирования взаимодействия углеродных нанотрубок с водородом

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21.10.2014 № 14.575.21.0087 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 3 в период 01.07.2015 по 31.12.2015 г. выполнялись следующие работы:

  • Разработка требований к алгоритмам расчета параметров комплексной математической модели углеродных наноструктурированных сорбентов на основе углеродных нанотрубок.
  • Разработка алгоритмов расчета параметров комплексной математической модели углеродных наноструктурированных сорбентов на основе углеродных нанотрубок.
  • Разработка требований к архитектуре программно-вычислительного комплекса для моделирования наноструктурных сорбентов и процессов адсорбции на основе нанотрубок (далее — ПВК).
  • Изготовление экспериментальных образцов сорбентов на основе функционализированных однослойных углеродных нанотрубок.
  • Проведение натурных и предварительных модельных экспериментов.

В ходе выполнения работ были разработаны алгоритмы для расчета параметров комплексной математической модели углеродных наноструктурированных сорбентов на примере углеродных нанотрубок, обеспечивающие моделирование следующих характеристик и свойств углеродных нанотрубок: удельная поверхность, теплота адсорбции, изотерма адсорбции, хиральность, капиллярные эффекты и заполнение нанотрубок.

Были разработаны требования к архитектуре программно-вычислительного комплекса (ПВК), включающие: особенности построения и взаимодействия программных компонентов, организацию информационного доступа и обмена между модулями, механизмы создания и обработки расчетных задач.

Была проведена проверка разработанных моделей путем сопоставления результатов натурных и модельных экспериментов, показавшая высокий уровень совпадения результатов.

Для проведения натурных экспериментов были изготовлены образцы сорбентов на основе функционализированных однослойных углеродных нанотрубок. Использованная методика активации и функционализации углеродных наночастиц показала возможность получения методом прямого жидкофазного окисления в среде азотной кислоты углеродных нанотрубок, обладающих выраженными гидрофильными свойствами. Были установлены оптимальные параметры процесса окисления, позволяющие получать функционализированные углеродные наночастицы без их разрушения.

Полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту и обеспечивают перспективы продолжения работ по проекту. Они позволят на последующих этапах разработать методику оценки эффективности сорбционных материалов для решения задачи хранения водорода и разработать программно-вычислительный комплекс для моделирования процессов взаимодействия углеродных нанотрубок с водородом.
Поделиться