Молекулярная теория размерных эффектов поверхностного натяжения капель и менисков в порах

Номер гранта:	18-03-00030
Область научного знания:	химия и науки о материалах
Тип конкурса:	(а)(а) конкурс проектов фундаментальных научных исследований
Год выполнения:	2018г.
Руководитель:	Товбин Юрий Константинович
Статус заявки:	поддержана

Аннотация к заявке:

Актуальность работы обусловлена необходимостью моделированию равновесных и динамических процессов распределения мобильных компонентов в новых синтезируемых полидисперсных материалах (адсорбентах, абсорбентах, катализаторах, мембранах, композитах и т.д.) с целью выбора наиболее перспективных. Прямые наблюдения и измерения в таких системах сложны, поэтому требуется разработка достаточно точной теории, обеспечивающей надежное моделирование свойств мобильных компонентов и, особенно, поверхностного натяжения, которое определяет характер пространственного распределения мобильных фаз внутри твердых остовов полидисперсных матриц. Научная новизна проекта заключается в разработке альтернативного подхода к существующей статистической теории построения уравнений для малых тел, описывающих поверхностный профиль и поверхностное натяжение, на базе дискретно – континуального описания пространственного распределения молекул с учетом реальных соотношений между временами релаксации механического и химического равновесий. Новая теория является более гибкой и точной. Впервые будут разработаны равноточные методы расчета поверхностного натяжения для трех двухфазных поверхностей раздела: пар – жидкость, пар – твердое и жидкость – пар в макроскопических системах и в ограниченных объемах, а также для описания менисков сложной формы в переходной области границы раздела пар – жидкость в порах. Теория будет применена для описания изолированных капель и микрокристаллов в макрообъеме (инертные газы и молекулы N2, O2, CH4), а также для распределения мобильных фаз в связанных и изолированных порах при адсорбции указанных адсорбтивов в пористых материалах (графит, МСМ-41, SiO2 и др.). Анализ экспериментальных данных чистых веществ позволит прогнозировать величины поверхностное натяжение бинарных смесей как функцию температур и состава. Будет дано объяснение поведения адсорбированных пленок и менисков вблизи стенок с переменным расстоянием между стенками пор и внутри пор с переменной геометрии типа «воронка», «клина», сочленения сферы и цилиндра, сочленения полостей глобулярных структур. Планируется выйти на формулировку подхода для описания линейного натяжения при трехфазном контакте, и дать объяснение характера распределения фазовых включений жидкость – пар в нанотрубках, измеренных в просвечивающей спектроскопии. Теорию планируется обобщить на несферические частицы: димерные молекулы (типа этана) и на большие частицы, блокирующие несколько соседних ячеек (типа бензола). Реализация проекта даст подход к моделированию процессов в сложных гетерогенных системах, включая расчет распределений фаз и их поверхностного натяжения, что позволит целенаправленно создавать новые эффективные адсорбенты, катализаторы и мембраны для различных технологий, а также более точно прогнозировать процессы распределения и переноса молекул в природных высокодисперсных системах.

Аннотация к заявке приведена в авторской редакции. По состоянию на 18.06.2025