NANOBUILD-6-2014-PAGES-106-148

Posted onAuthorNanobuildCategoriesБез рубрики

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕНТРАХ

Стр. 106-148

УДК 691.335-022.532, 004.942

Наноструктура матриц серных строительных композитов: методология, методы, инструментарий

Авторы: КОРОЛЕВ Евгений Валерьевич, д-р техн. наук, проф., директор научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии», Московский государственный строительный университет; Ярославское ш., 26, г. Москва, Российская Федерация, 129337, korolev@nocnt.ru;

СМИРНОВ Владимир Алексеевич, канд. техн. наук, доц., ведущий научный сотрудник научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии», Московский государственный строительный университет; Ярославское ш., 26, г. Москва, Российская Федерация, 129337, smirnov@nocnt.ru;

ЕВСТИГНЕЕВ Александр Викторович, аспирант, Московский государственный строительный университет; Ярославское ш., 26, г. Москва, Российская Федерация, 129337, aspirant@nocnt.ru

Аннотация к статье (авторское резюме, реферат): Экономическая целесообразность применения строительных материалов с серными или серосодержащими матрицами обусловлена комплексом их эксплуатационных свойств, а также доступностью и низкой стоимостью технической серы; дополнительным эффектом применения серы в качестве вяжущего вещества является возможное снижение нагрузки на окружающую среду. Разработка строительного композита должна предваряться детальным исследованием надмолекулярной структуры вяжущего. Базой успешного применения системных методологий в нанотехнологии строительного материаловедения является определение типа доминирующего взаимодействия или класса физико-химических эффектов, оказывающих существенное влияние на структурообразование и в конечном итоге определяющих множество эффективных на данном структурном уровне теоретических и экспериментальных методов исследования. Методология исследования определяется потребностями практики, и, наряду с этим, зависит от предельно допустимых затрат времени и материальных ресурсов, требований в отношении точности и воспроизводимости результатов, необходимости получения новых теоретико-эмпирических сведений с высоким прогностическим потенциалом. Дополнительную сложность в реальном исследовании вносит наличие большого числа способов кросс-верификации результатов, полученных с использованием различных методов. На предварительной стадии теоретико-экспериментальных исследований структуры и свойств наномодифицированных серных строительных композитов основным методом эмпирического исследования структуры на атомно-молекулярном уровне являлась спектроскопия комбинационного рассеяния; в качестве методов, результаты которых допускают кросс-верификацию, использованы методы квантовой химии и молекулярной динамики. Выполнен сравнительный анализ спектров технической серы и контрольного образца орторомбической серы; показано, что изгибные колебания звеньев S–S–S в технической сере происходят в менее стесненных условиях. Выполнен сравнительный анализ экспериментально найденных и расчетных значений комбинационного сдвига для изолированной молекулы циклооктасеры и элементарной ячейки орторомбического аллотропа. Показано существенное отличие значений комбинационного сдвига изолирован-

ной молекулы, соответствующих высокоэнергетическим модам, от значений для ячейки кристаллической решетки. Выявлено соответствие значений комбинационного сдвига для ячейки кристаллической решетки экспериментальным данным. Данное соответствие является весомым аргументом в пользу справедливости выбранной геометрической модели молекулярного кристалла серы. Показано, что методы молекулярной динамики, успешно применяющиеся на пространственных масштабах от 10 нм и выше, на нижнем пространственном масштабе для получения адекватных результатов должны быть дополнены квантово-механическими представлениями.

Ключевые слова: нанотехнология, строительное материаловедение, серные строительные материалы, вычислительная химия, метод частиц.

DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2014-6-6-106-148

Библиографический список:

  1. Киселев Д.Г., Королев Е.В., Смирнов В.А. Структурообразование серных композитов: модель // Исследования передовых материалов. – 2014. – Том 1040. –С. 592–595. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1040.592
  2. Гладких В.А., Королев Е.В., Смирнов В.А. Моделирование уплотнения сероасфальтобетонной смеси // Исследования передовых материалов. – 2014. –

Том 1040. – С. 525–528. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1040.528

  1. Королев Е.В., Киселев Д.Г., Смирнов В.А. Кинетика разрушения наномодифицированных серных композитов // Нанотехнологии в строительстве. – 2013. –Том 5, №6. – С. 31–43. – URL: http://nanobuild.ru/ru_RU/ (дата обращения:

30.11.2014)

  1. Королев Е.В., Баженов Ю.М., Альбакасов А.И. Радиационно-защитные и хими-

чески стойкие серные строительные материалы. – Пенза, Оренбург: ИПК ОГУ,

  1. – 364 с.
  2. Королев Е.В., Самошин А.П., Смирнов В.А., Королева О.В., Гришина А.Н. Методики и алгоритм синтеза радиационно-защитных материалов нового поколения. – Пенза: ПГУАС, 2009. – 132 с.
  3. Смирнов В.А., Королев Е.В. Наномодифицированные эпоксидные композиты //

Нанотехнологии в строительстве. – 2012. – Т. 4, № 4. – С. 61–68. – http://www.nanobuild.ru/ru_RU (дата обращения: 30.11.2014)

  1. Штудель Р. Элементарная сера и материалы с ее высоким содержанием.

Часть 1. – Берлин: Springer, 2003. – 227 с.

  1. Штудель Р. Элементарная сера и материалы с ее высоким содержанием.

Часть 2. – Берлин: Springer, 2003. – 269 с.

  1. Уоррен Б.Е., Бюрвелл Дж.Т. Структура ромбической серы // Журнал химической физики. –1935. – № 3. – С. 6–8.
  2. Открытая база кристаллографической информации: запрос 1011160. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.crystallography.net/1011160.

html?cif=1011160 (дата обращения: 30.11.2014)

  1. Уэйтнейб Е. Локальная кристаллическая структура моноклинной гамма-серы // Кристаллографический журнал, секция Б. – 1974. – Том 30. – С. 1396–1401.
  2. Гэллахер А.К., Пинкертон А.А. Уточнение структуры моноклинной гамма-се-

ры // Кристаллографический журнал, секция В. – 1993. – Том 49. – С. 125–126.

  1. Давид В., Ибберсон Р.М., Кокс С., Вуд П.Т. Переход порядок-беспорядок

в моноклинной сере: детальное исследование структуры методом рассеяния

нейтронов // Кристаллографический журнал, секция Б. – 2006. – Том 62. –

С. 953–959.

  1. Прошин А.П., Данилов А.М., Гарькина И.А., Королев Е.В., Смирнов В.А. Синтез

строительных материалов со специальными свойствами на основе системно-

го подхода // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2003. –

№ 7. – С. 43–47.

  1. Смирнов В.А., Королев Е.В., Евстигнеев А.В. Моделирование и инструментальные средства численного анализа в нанотехнологиии материаловедения: обзор // Нанотехнологии в строительстве. 2014. – Том 6, № 5. – С. 34–58. – URL: http://nanobuild.ru/ru_RU/ (дата обращения: 30.11.2014) – DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2014-6-5-34-58
  2. Королев Е.В., Смирнов В.А, Прошин А.П., Данилов А.М. Моделирование эволю-

ции лиофобных дисперсных систем // Известия высших учебных заведений.

Строительство. – 2004. – № 8. – С. 40–46.

  1. Прошин А.П., Данилов А.М., Королев Е.В., Смирнов В.А. Кинетическая модель

процесса флоккуляции в маловязких дисперсных системах // Известия выс-

ших учебных заведений. Строительство. – 2003. – № 4. – С. 53–57.

  1. Хартри Д. Численное отыскание параметров атомных структур. – Нью-Йорк:

Wiley, 1957. – 181 с.

  1. Пурдью Дж.П., Бурк К., Эрнзерхоф М. Обобщенная градиентная аппроксимация // Письма в физический обзор. – 1996. – Том 77, № 18. – С. 3865–3868
  2. Дели Б. DMol3 как инструмент ТФП-исследований: от молекул и молекулярных

окружений до поверхностей и твердых тел // Вычислительное материаловедение. – 2000. – Том 17, № 2–4. – С. 122–126.

  1. Сегал М.Д., Линдан Ф.Дж.Д., Проберт М.Дж., Пикрат К.Дж, Хаснип П.Дж.,

Кларк С.Дж., Пэйн М.К. Моделирование из первых принципов: идеи, иллюстрации и код CASTEP // Физический журнал: конденсированное состояние. – 2002. – Том 14, № 11. – С. 2717–2744.

  1. Исследовательская группа Айовского государственного университета /GAMESS. – Режим доступа: http://www.msg.ameslab.gov/gamess (дата обращения: 30.11.2014)
  2. Каркасная библиотека LibV – каталог разработки [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://libv.org (дата обращения: 30.11.2014)
  3. Смирнов В.А., Королев Е.В., Иноземцев А.С. Динамическое моделирование наноразмерных систем // Нанотехнологии в строительстве. – 2012. – Т. 4, № 3. – С. 26–34. – http://www.nanobuild.ru/ru_RU (дата обращения: 30.09.2014)
  4. Программное обеспечение визуализации трехмерных молекулярных структур

с открытым исходным текстом Jmol [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.jmol.org (дата обращения: 30.09.2014)

  1. Программное обеспечение визуализации молекулярных структур PyMOL, вер-

сия 1.5.0.4 Schrоdinger, LLC [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.pymol.org (дата обращения: 30.09.2014)

  1. Ханвелл М.Д., Куртис Д.Е., Лони Д.К., Вандермеш Т., Цурек Е., Натчсон Дж.Р.

Avogadro – расширенный семантический пакет редактирования молекулярных

структур // Журнал химической информатики. – 2012. – Том 4, № 1. – С. 107–117.

  1. Алуш А.Р. Gabedit – графический интерфейс пользователя для программ вычис

лительной химии // Журнал вычислительной химии. – 2011. – Том 32, № 1. –

С. 174–182.

  1. Венкатесварлу К. Спектр комбинационного рассеяния серы // Труды Индийской академии наук. Секция А. – 1940. – Том 12, № 5. – С. 453–461.
  2. Прошин А.П., Данилов А.М., Королев Е.В., Смирнов В.А. Динамические модели

при исследовании кластерообразования в композиционных материалах. Предельные системы // Известия высших учебных заведений. Строительство. –

  1. – № 3. – С. 32–38.

Full text in PDF format (106-148)