Краткое содержание курса лекций,

форма промежуточной аттестации 

Лектор

Занятия лекционного  типа, ак. час

(1 лекция = 2 ак.часа)

Введение. 

Что такое современная химическая физика? Примеры научных фактов и физико-химических явлений, имеющих нетривиальное научное объяснение. Природные и искусственные материалы в новых технологиях. 

Берлин А.А.

4

Строение вещества. 

Теория функционала плотности: Оптимизация атомной структуры. Уравнение Шредингера. Метод Хартри-Фока. Теоремы Хоэнберга-Кона. Уравнения Кона-Шема. Базисы. Практика. Примеры

Дохликова Н.В.

2

Введение в физику и химию наночастиц. Наночастицы металлов. Наночастицы углерода. 

Образование наночастиц металлов при термическом распаде летучих металлоорганических соединений. Методика ударной трубы. Частицы железа. Частицы железа с углеродом. Кластеры и наночастицы металлов. Химия кластеров: основы классификации и строения. Технологии, основанные на применении наночастиц. Химическое и интерференционное окрашивание. Нанесение декоративных покрытий. Физические эффекты в наночастицах. Определение функции распределения частиц по размерам из электрофизических измерений. Кинетическое моделирование образования наночастиц железа при распаде Fe(CO)5 в ударных волнах. Определение размеров частиц. Квантовые точки. Квантовые размерные эффекты. Образование наночастиц углерода в процессах пиролиза и окисления углеводородов в ударных волнах. Образование частиц в ударных волнах. Влияние промоторов и ингибиторов процесса сажеобразования. Внутренняя структура частиц сажи. Наночастицы углерода. Фуллерены. Методы синтеза. Углеродные нанотрубки. Физические свойства нанотрубок. Электронные свойства одностенных нанотрубок.

Численное моделирование процессов зарождения и роста микрогетерогенных частиц новой фазы. 

Моделирование различных наноструктур. Классическая теория зародышеобразования. Понятие критического зародыша. Кинетические моделирование образования частиц железа.
Дискретный метод Галеркина. Как образуются частицы сажи. Качественные представления. Результаты экспериментов. Структура частиц сажи под просвечивающим электронным микроскопом высокого разрешения. Фрагменты предвестников частиц сажи. Моделирование образования частиц углерода, частиц сажи. Единая кинетическая модель образования частиц сажи. Сравнение результатов экспериментов и кинетических расчетов. Сравнение различных численных методов определения основных параметров ансамбля частиц сажи. 

Физические и химические свойства низкотемпературной плазмы.

Понятие плазмы. Взаимодействие частиц в плазме. Квазинейтральность. Классическая и вырожденная плазма. Идеальная и неидеальная плазма. Дебаевский радиус. Плазменные колебания. Плазменная частота. Поле в плазме. Дебаевская экранировка. Двойной электрический слой. Проникновение поля в плазму. Разделение зарядов на границе плазмы. Дебаевская сфера. Энергия взаимодействия частиц в плазме. Параметр неидеальности плазмы. Элементарные процессы в плазме. Равновесие. Ионизация электронным ударом. Фотоионизация и фоторекомбинация. Модели равновесия в плазме. Плазма в термодинамическом равновесии. Формула Саха. Степень ионизации. Другие элементарные процессы. Резонансная перезарядка. Столкновения частиц в плазме. Транспортное сечение. Кулоновский логарифм. Траектории частиц в плазме. Процессы релаксации в плазме. Релаксация импульса и энергии частиц. Проводимость плазмы. Убегающие электроны. Термоядерная плазма. Токамаки. Типы излучения плазмы. Уширение спектральных линий.

Методы диагностики низкотемпературной плазмы. Электрические зонды и СВЧ-интерферометрия.

Физические основы СВЧ диагностики низкотемпературной плазмы. Рупорно-линзовые интерферометры и интерферометры с двухпроводной линией Лехера. Интерферометры в экспериментах с химической ионизацией на ударной трубе. Электрические зонды в экспериментах на ударной трубе. Процесс химической ионизации при окислении углеводородов. Результаты экспериментов и кинетических расчетов.Современные конструкции свч-интерферометров для экспериментов на ударных трубах. Упрощенная теория взаимодействия электромагнитной волны с исследуемой плазмой. Результаты экспериментов. Зондовые методы диагностики низкотемпературной плазмы. Пламенно-ионизационные детекторы. Токи проводимости и токи смещения в зондовом методе диагностики плазмы. Интерпретация зондовых измерений для получения параметров плазмы. Теоретическая модель электрического зонда с проводящей и с изолированной диэлектрической поверхностью.

8

Детонация конденсированных систем. 

Введение. Феноменологическое описание детонации. Идеальная детонационная волна. Основы теории детонации Зельдовича – Неймана – Деринга. Классификация конденсированных взрывчатых материалов (ВМ) в зависимости от состава и области практического применения. Идеальные и неидеальные режимы. Структура стационарной детонационной волны. Основные соотношения, описывающие распространение плоской детонационной волны. Особенности детонации в конденсированных системах, отличие от детонации в газах. Основные параметры детонации и их определение. Экспериментальные методы исследования параметров детонации конденсированных систем (фотографический, электромагнитный, манганиновый рентгенографический, лазерной интерферометрии). Уравнения состояния и изоэнтропы продуктов детонации. Ударные адиабаты ВМ и их расчет с использованием обобщенной ударной адиабаты.

Переход горения в детонацию в твердых пористых взрывчатых веществах.

Конвективное горение (КГ) и низкоскоростная детонация (НСД)- основные стадии ПГД, их краткая характеристика. Механизмы переноса энергии и инициирования химической реакции при КГ и НСД. Критические давления, разграничивающие области КГ и НСД. Преддетонационный участок. Общая схема и методология исследования ПГД. Методики и экспериментальные установки. Характеристики пористых ВМ и результаты их определения. Параметры, эффективно влияющие на ПГД. Основные сценарии и механизмы явления ПГД.

Закономерности распространения стационарной детонации в индивидуальных и смесевых взрывчатых веществах. Влияние диаметра, плотности заряда, размера частиц, начальной температуры, мощности инициатора. Особенности детонации смесевых взрывчатых веществ. Детонация твердых ракетных топлив. Вычисление параметров детонационных волн в конденсированных средах.

Инициирование детонации ударными волнами в гетерогенных и гомогенных взрывчатых веществ

Гетерогенность и ее роль при инициировании. «Горячие точки», концентрация и механизмы их образования. Характер перехода инициирующей ударной волны в детонационную в зарядах различной плотности. Роль длительности и формы инициирующей ударной волны. Элементы кинетики химических процессов и макрокинетики разложения гетерогенных взрывчатых веществ в ударных волнах. Особенности инициирования детонации в гомогенных жидких взрывчатых веществ. Адиабатический тепловой взрыв.

8

Электрофизические и физико-химические свойства нанокомпозиционных материалов 

Введение. Воздействие различных полей на нанообъекты; масштабы объекта – промежуточный между атомным и макроскопическим; история вопроса. Необходимые сведения из квантовой механики (стационарное уравнение Шредингера, частица в прямоугольной потенциальной яме, временное уравнение Шредингера). Необходимые сведения из теории переходов и статистической физики (теория возмущений, возмущения, не зависящие и зависящие от времени, вероятность перехода в единицу времени, константа скорости (Золотое правило Ферми), ширина линии, матрица плотности, времена релаксации). Электроны и фононы в наночастицах (кристалл, зонная структура, колебания решетки, ограниченность размера).  Перенос энергии и заряда в наночастицах и между наночастицами (константа скорости переноса энергии, экситоны, туннельный перенос заряда между потенциальными ямами). Взаимодействие наночастиц со светом (вероятность поглощения фотонов, двухуровневая система – точное решение, матрица плотности, релаксация; поглощение света в прямоугольной яме). Туннелирование – квантовый процесс. Влияние среды на туннельный перенос электронов и атомных частиц. Влияние магнитного поля на перенос заряда в нанокомпозитах. Комбинированное воздействие электрического и магнитного полей: перенос в слабом, сильном и сверхсильном электрических полях. Металлсодержащие нанокомпозиты: синтез, структура, свойства и приложения. Катализ наночастицами (механизм каталитического воздействия металлических наночастиц на реагенты). Диэлектрические свойства нанокомпозитов (экспериментальные данные и нефеноменологическое описание диэлектрической проницаемости нанокомпозитов). Сенсоры на основе нанокомпозитов (экспериментальные данные – зависимость чувствительности от состава сенсорного слоя и теоретическое описание).

4

Горение и детонация газообразных и гетерогенных взрывчатых смесей 

Механизмы распространения фронта реакции - ламинарное пламя, турбулентное пламя, детонация. Переходные явления и переход горения в детонацию. Механизмы распространения фронтов горения и детонации в гетерогенных взрывчатых смесях. Горение в промышленных установках. 

6

Основы химической физики энергоемких материалов. 

2

Групповые консультации. Подготовка кандидатской диссертации. 

2

Групповые консультации. Презентация научного доклада. Публикация статей в научных журналах. 

4

Промежуточная аттестация: кандидатский минимум по специальности 1.3.17

1