Изложены основы подхода к изучению отклика структуры плазменно-пылевых кластеров различного состава, находящихся в удерживающих полях различной конфигурации. Постановка задач и анализ результатов проводились на основе позиций физической мезомеханики.. В качестве внешнего удерживающего поля использовались комбинация электрического поля и силы тяжести. Расчеты производились в рамках метода молекулярной динамики. Межчастичное взаимодействие описывалось парным изотропным потенциалом Дебая-Хюккеля. Заряд пылевых частиц рассчитывался в рамках теории приближения ограниченных орбит. При определении параметров конфигурации поля использовались экспериментальные данные. Получено хорошее количественное согласие с имеющимися экспериментальными данными как по структуре формируемого плазменно-пылевого кластера, так и по характерным расстояниям между плевыми частицами. Особое внимание уделено зависимости структуры и формы плазменно-пылевых кластеров от числа пылевых частиц в удерживающих полях с различной степенью анизотропии. Показано, что в изотропном внешнем поле пылевые частицы формируют кулоновский шар с оболочечной структурой в кристаллическом состоянии. Отмечается, что в зависимости от внешних условий плазменно-пылевой кластер может существовать как в объемном, так и в плоском состоянии. Как плоские, так и объемные плазменно-пылевые кластеры в кристаллическом состоянии имеют оболочечную структуру, однако в анизотропном случае их структура усложняется, становясь расщепленной.

In the work, the dispersion of metal specimens on high-rate heating was studied at the microlevel. The calculations were performed in the framework of the molecular dynamics method with the use of many-body interatomic potentials. It is shown that the electrothermal pulse dispersion has a pronounced stage character. It is pointed out that the processes responsible for evaporation and collision of clusters are much more intense than those of precipitation. Study into the effect of the thermal loading intensity on the dispersion dynamics shows that increasing the heating temperature causes a decrease in the average size of clusters and an increase in their number.

В работе изучены особенности развития локальных структурных изменений в кристаллите меди на атомном уровне при различных типах контактного взаимодействия: сдвиговое нагружение идеально сопряженных поверхностей, локальное сдвиговое нагружение и наноиндентирование. Исследование выполнено на основе молекулярно-динамического подхода. Межатомное взаимодействие описано в рамках метода погруженного атома.. Показано, что первоначально аккомодация нагружаемого кристаллита осуществляется посредством генерации локальных структурных трансформаций, которые впоследствии формируют дефекты более высокого ранга, такие как дислокации, дефекты упаковки, границы раздела и т.д. Дальнейшее развитие пластической деформации характеризуется распространением дефектов структуры из зоны контакту в объем кристаллита. Выход дефектов структуры на свободную поверхность ведет к формоизменению моделируемого кристаллита. В зависимости от условий нагружения эволюция деформационной картины может характеризоваться изменением кристаллографической ориентации кристаллита вблизи зоны контакта, а также образованием разориентированных наноразмерных областей и, в конечном итоге, формированием устойчивого наноструктурного состояния. Полученные результаты позволяют с новых позиций понять природу генерации дефектов кристаллической структуры при зарождении и развитии пластической деформации в нагружаемых материалах.

В работе с позиций молекулярно-динамического подхода рассматривается контактное взаимодействие кристаллических тел в условиях сдвиговой деформации. Для задания межатомного взаимодействия использован потенциал, рассчитанный в рамках метода погруженного атома. Изучены особенности развития структурных изменений, протекающих в контактной области при варьировании материалов контактирующей пары. На основе полученных результатов сделана оценка эффективного коэффициента диффузии, характеризующего процесс случайной миграции положения зоны контакта в направлении, перпендикулярном приложенной сдвиговой деформации. Результаты расчетов находятся в хорошем согласии сданными, полученными в рамках микроскопической модели контакта, рассчитанной с помощью метода подвижных клеточных автоматов.

В работе на молекулярном уровне исследовано взаимодействие заряженных и нейтральных биомолекул с 2D-наноструктурами оксигидроксида алюминия, характеризующимися кривизной и дефектностью. С использованием управляемой молекулярной динамики и анализа потенциала средней силы получены количественные результаты, характеризующие адсорбционные свойства поверхности нанолиста оксигидроксида алюминия АlOОН по отношению к типичным представителям анионных, катионных и незаряженных биомолекул — аминокислотных остатков. Результаты проанализированы и сопоставлены с литературными данными и собственными результатами предшествующих работ. С использованием несмещенной молекулярной динамики оценены функции радиального распределения между различными парами атомов поверхности нанолиста АlOОН и адсорбата, исследовано влияние кривизны и поверхностных дефектов в виде вакансий гидроксильных групп на взаимодействие указанного наноматериала с моновалентными ионами. По результатам комбинированного молекулярно-динамического и квантово-механического расчета выявлены характерные элементы структуры различной кривизны нанолиста АlOОН, оценено влияние краевых зон в форме складки на локальные электростатические свойства наноматериала. Обсуждаются роль указанных факторов в селективной адсорбции наноматериала и перспективные направления численных и экспериментальных исследований в этом направлении. Работа является продолжением цикла исследований, посвященных синтезу, характеризации и применению низкоразмерных наноструктур со сложной морфологией на основе слоистого (окси)гидроксида алюминия в биомедицинских приложениях и материаловедении.

С использованием метода молекулярной динамики исследовано поведение молекул водорода в нанопорах углерода различной формы: щелевидной, цилиндрической и сферической. Показано, что вблизи стенок нанопор формируется адсорбированный слой молекул с повышенной плотностью, между этим слоем и газом в центральной области нанопоры устанавливается динамическое равновесие. Установлено, что распределение плотности молекул газа по сечению зависит от кривизны стенок нанопор и их размера: при уменьшении размера нанопор плотность адсорбата увеличивается быстрее в сферических нанопорах, стенки которых характеризуются большей средней кривизной.

The molecular investigation of the interaction of charged and neutral biomolecules with 2D-nanostructures of aluminum oxyhydroxide characterized by curvature and defects is performed. Steered molecular dynamics and the potential of mean force analysis are used for quantitative assessment of adsorption properties of the aluminum oxyhydroxide (AlOOH) nanosheet surface for typical representatives of anionic, cationic and uncharged biomolecules-amino acid residues. The results are analyzed and compared with the literature data and own previous results. Unbiased molecular dynamics is employed to estimate radial distribution functions of different atom pairs of the AlOOH nanosheet surface and adsorbate surface as well as to study how curvature and surface defects in the form of vacancies of hydroxyl groups influence the interaction of the nanomaterial with monovalent ions. The combined molecular dynamics and quantum mechanical calculation reveals characteristic structural elements with different curvature of the AlOOH nanosheet and enables an estimation of the effect of edge zones in the form of folds on local electrostatic properties of the nanomaterial. The role of these factors in the selective adsorption of nanomaterials and future directions of numerical and experimental studies are discussed. The work is a further investigation into the synthesis, characterization, and application of low-dimensional nanostructures with complex morphology based on layered aluminum (oxy)hydroxide in biomedicine and materials science.

Сборник подготовлен международным коллективом ведущих специалистов в области нанонауки и наноструктурных покрытий. Изложены основные сведения о синтезе сверхтвердых пленок на основе тугоплавких соединений, их структуре, фазовом составе. физико-механических свойствах и сферах применения. Подробно характеризуются методы исследования покрытий: просвечивающая электронная микроскопия, наноиндентирование и компьютерный эксперимент. детально анализируются теоретические и опытные данные о природе деформации и разрушения сверхтвердых покрытий. Особое внимание уделено их трибологическим характеристиками и термической стабильности. Сборник будет полезен ученым, инженерам и преподавателям высшей школы, студентам и аспирантам, специализирующимся в области нанотехнологий, наноматериалов и нанопокрытий.