ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Общие принципы создания моделей физико-химических процессовРассмотрим общие вопросы методологии разработки физико-математической модели технологического процесса на примере формирования комплекса элементарных стадий процесса химического окисления атомов углерода (протекающего по механизму термической активации):
Несмотря на кажущуюся «простоту» этого химического процесса, отображаемого в виде выражения (2.3), его анализ в производственно-технической практике может быть сопряжен с определенными трудностями. В табл. 2.4 представлены возможные элементарные стадии этого процесса в традиционном «химическом» представлении (стехиометрическое уравнение) и в рассмотренном выше символьном отображении. Для случая микро- и макротехнологий представленное символьное отображение имеет «интегральный» характер, ибо его принято рассматривать не для одной микрочастицы (как это представлено в таблице), а для большого ансамбля микрочастиц (более 106 микрочастиц) в целом, составляющего материальную компоненту технологического процесса. В этом случае анализ процесса эволюции состояния ансамбля микрочастиц можно рассматривать с помощью моделей физики сплошных сред методами химической и неравновесной термодинамики и статистической физики. При этом, как правило, в практике анализа макроскопических материальных сред удовлетворительная точность анализа (с точки зрения материалов, представленных выше в примере процесса окисления поверхности твердого тела) может быть достигнута при учете всего лишь первых четырех процессов (стадии № 1-4 в табл. 2.4). Т а б л и ц а 2.4 Физико-химическая модель процесса окисления.
Примечания: использованы обозначения и символьные представления: A→ O2; B→ O; C→ C; D→ CO; E→ CO2; F→ П; (поверхность раздела фаз); G→ ОП; H→ O2П; I→ CП; J → (CO)П; ЭА – энергия активации; ВЭ – выделяемая энергия (термического характера). Ситуация радикальным образом может измениться при переходе к наноразмерным изделиям и нанотехнологиям. В этом случае, ввиду весьма ограниченного (счетного, в пределе равного единице) количества используемых в изделиях микрочастиц, зачастую речь действительно идет об использовании символьных представлений применительно буквально для каждой конкретной микрочастице. Этот момент, в силу, оговоренных выше, высоких требований к параметрам упорядоченности наноструктур, требует более внимательного отношения ко всем индивидуальным представителям совокупности элементарных физико-химических процессов, составляющей основу технологического процесса (символьное отображение которых представлено стадиями № 1-14 в таблице 2.4). Подобное расширение круга учитываемых элементарных процессов обусловлено тем обстоятельством, что эти побочные процессы могут оказать весьма сильное воздействие на функциональное качество изделия. В рассмотренном примере к их числу следует отнести процессы (согласно нумерации табл. 2.4): • № 5 ― 6 (несмотря на относительно малую вероятность проявления этих процессов, обладающих энергией активации Q более одного электрон-вольт); • № 7 ― 14 (ввиду проявления размерных эффектов, обусловленных неблагоприятным отношением числа поверхностных атомов к числу атомов, расположенных в объеме изделия). Малое количество микрочастиц, составляющих материальную основу изделия, предполагает использование альтернативных подходов при определении состояния наноразмерных структур и проведении анализа ФХП, используемых в нанотехнологиях. Невозможность использования для этих целей аппарата физики сплошных сред приводит к ситуации, когда рассмотрение этого круга вопросов переводится в плоскость использования вычислительных экспериментов непосредственно с объектами атомно-молекулярного масштаба. В настоящее время, в практике анализа современных нанотехнологий нашли достаточно широкое распространение следующие два метода вычислительных экспериментов с объектами атомного масштаба: • метод молекулярной динамики (МД), использующий в своей основе классические и квантовые модели взаимодействия микрочастиц [1-3]; • метод вероятностных клеточных автоматов (ВКА) [4-8], использующий в своей основе вероятностные представления при оценке возможности протекания различных элементарных физико-химических процессов. Оба указанных метода компьютерного моделирования (вычислительных экспериментов) в большей (ВКА) или меньшей (МД) степени используют для своей реализации рассмотренное выше модельное представление элементарных ФХП. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|