Моделирование
<<  Использование метода наглядного моделирования в работе по формированию лексико-грамматических категорий у детей с нарушениями речи Функциональное моделирование систем с использованием методологии DFD  >>
Опыт использования пакета Firefly для моделирования расплавов
Опыт использования пакета Firefly для моделирования расплавов
Объект исследования
Объект исследования
Сотрудничество
Сотрудничество
Цель работы
Цель работы
Практическое значение
Практическое значение
Задачи:
Задачи:
Сведения из теории
Сведения из теории
Сведения из теории
Сведения из теории
Сведения из теории
Сведения из теории
Использованные программы
Использованные программы
О программе Firefly
О программе Firefly
Методика расчетов
Методика расчетов
Методика расчетов
Методика расчетов
Методика расчетов
Методика расчетов
Некоторые результаты
Некоторые результаты
Планы и время счета
Планы и время счета
Планы и время счета
Планы и время счета
Спасибо за внимание
Спасибо за внимание

Презентация: «Конспект экспериментальные методы исследования частиц 9». Автор: Кременецкая. Файл: «Конспект экспериментальные методы исследования частиц 9.ppt». Размер zip-архива: 1153 КБ.

Конспект экспериментальные методы исследования частиц 9

содержание презентации «Конспект экспериментальные методы исследования частиц 9.ppt»
СлайдТекст
1 Опыт использования пакета Firefly для моделирования расплавов

Опыт использования пакета Firefly для моделирования расплавов

Кременецкая О.В. Физико-технический факультет Петрозаводского государственного университета

2 Объект исследования

Объект исследования

расплавы фторидов и хлоридов щелочных металлов Na, K, Cs, содержащие небольшие (~ 1 моль%) добавки фторидных и хлоридных комплексов переходных металлов. исследовались переходные металлы Nb и Cr, планируется работа с Ti и Ta. Применение: получение чистых и высокочистых металлов; получение защитных и каталитически активных покрытий; синтез соединений, которые невозможно получить из водных и неводных сред при низких температурах.

2

3 Сотрудничество

Сотрудничество

лаборатория высокотемпературной электрохимии Института химии Кольского НЦ РАН

Причины: проводимые в лаборатории экспериментальные исследования, данные которых можно сопоставить с расчетами. заинтересованность лаборатория в развитии методов квантовохимического моделирования электрохимических реакций применительно к расплавам галогенидов щелочных металлов.

3

4 Цель работы

Цель работы

моделирование химических реакций в объеме расплавов и процессов переноса электрона на поверхности электрода (катода). Эти процессы протекает по-разному в зависимости от состава второй КС комплексов переходных металлов. Недостатки дифракционных методов: дают кристаллохимический состав второй координационной сферы, а не состав термодинамически устойчивых частиц; очень сильный фон от электролита; перенос на эти системы данных, полученных для более концентрированных по исследуемому комплексу расплавов, невозможен.

4

5 Практическое значение

Практическое значение

Улучшения процесса переноса заряда: перенос заряда в одну стадию; улучшение качества покрытий; каталитически активные покрытия... Все возможности, конечно, предусмотреть невозможно.

Состав комплексов

Механизм реакции

Управление реакцией

5

6 Задачи:

Задачи:

Определение состава наиболее устойчивых комплексных частиц; исследование строения двойного слоя вблизи поверхности графитового электрода; исследование строения системы, состоящей из комплекса и молекул расплава возле поверхности электрода.

M - na, K, cs, n – некоторое число

Комплексная частица (nM+?NbF72-)

Комплекс переходного металла (nbf72-)

Его первая координацион-ная сфера (nm+)

6

7 Сведения из теории

Сведения из теории

Основное уравнение молекулярной квантовой химии: решение – нахождение ? аналитического решения нет => приближения. Первопринципные методы расчета – используют информацию только о конфигурации электронных оболочек атомов. метод Хартри-Фока и его дальнейшие развития; метод функционала электронной плотности.

Н? точн ({r, R}) = Е? точн ({r, R})

7

8 Сведения из теории

Сведения из теории

Метод Хартри-Фока: идея - электрон движется в усредненном поле, создаваемом ядром и остальными электронами; этапы расчета:

MP2 – метод учета электронной корреляции Теория функционала плотности: идея: ? ? ?, 3N ? 3 координаты; ?(r) = ? ? (r)?(r)dV G(?) = Eкин + Eобм-корр ?точн ? min G(?). не существует аналитического выражения для Eобм-корр => модели.

Задание модельного потенциала

Нахождение ?

Уточнение потенциала

8

9 Сведения из теории

Сведения из теории

Базисный набор — набор функций, используемый для построения ? системы. Молекулярные орбитали - линейные комбинации базисных функций с определенными коэффициентами. Самые крупные базисы - по несколько сотен базисных функций. Анализ по Бейдеру – нахождение энергии и др. свойств атомов в молекуле из анализа распределения электронной плотности в ней.

Повышение точности

Увеличение базиса

Увеличение времени счета

9

10 Использованные программы

Использованные программы

Firefly – расчеты методами HF, MP2, DFT большие возможности признана в научных кругах распространяется бесплатно. ChemCraft – предварительное построение кластеров атомов и визуализация результатов; AIMALL – расчет энергий фрагментов систем по Бейдеру.

10

11 О программе Firefly

О программе Firefly

разрабатывается с 1994 г. командой под руководством проф. МГУ А.А. Грановского; обеспечивает высокую производительность на Intel-совместимых платформах x86, AMD64 и EM64T процессоров; первоначально была названа "PC Gamess" и основывалась на открытых кодах программы Gamess (US);

режим параллельного счета для многопроцессорных и многоядерных систем; Windows (2008, Vista, 2003, XP, 2000, NT, 98/Me), OS/2, DOS, Linux (под различные MPI), Mac OS X / Intel; создано несколько графических оболочек, визуализаторов и др. вспомогательных программ; последняя версия Firefly - 7.1.G (вышла 4 декабря 2009 г). В этой версии начато внедрение поддержки CUDA.

11

12 Методика расчетов

Методика расчетов

Определение состава наиболее устойчивых комплексных частиц экстремальный характер зависимости энергетических параметов, определяющих устойчивость частиц, от числа внешнесферных катионов. Основные этапы:

12

13 Методика расчетов

Методика расчетов

энергия комплексной частицы энергия комплекса энергии катионов Реакция: энергия исходной частицы энергия конечной частицы энергия исходной частицы в геометрии конечной

ks(K)< ks(Cs)< ks(Na) => Eact(K) > Eact(Cs) > Eact(Na)

n

1

2

3

4

5

Na

2.8

19.4

14.4

21.8

19.5

K

2.0

4.1

27.5

36.6

29.0

Cs

3.5

4.0

0.7

25.8

26.4

13

14 Методика расчетов

Методика расчетов

2 типа систем: методики расчета энергии. Без учета анионного состава расплава (Cl или F) – системы типа nNa+?NbF72- начальное построение кластера атомов с заданным числом катионов; оптимизация геометрической структуры; контрольный расчет спектра. С учетом анионного состава расплава (3-ей координационной сферы) – системы типа 3NaCrF6 + 18 NaCl построение системы; оптимизация ее геометрической структуры; расчет спектра и получение в Firefly входных данных для AIMALL; расчет по Бейдеру энергии фрагмента системы, включающего комплекс и заданное число катионов.

14

15 Некоторые результаты

Некоторые результаты

Исследование комплекса CrCl63- (система типа 1) Параметры расчета: DFT, функционал B3LYP, базис MINI + ndfunc=2 + nffunc=1 + diffsp=t;

Эксперимент: Eact(Cs) > Eact(K) > Eact(Na)

n

1

2

3

4

5

Na

0,87

2,91

15,69

52,34

38,61

K

-8,72

8,47

41,45

66,45

45,82

Cs

-9,11

0,87

40,23

70,41

46,63

15

16 Планы и время счета

Планы и время счета

определение состава наиболее устойчивых комплексных частиц: эксперимент ? необходимость учета влияния анионного состава электролита и температуры; системы: чисто хлоридные для комплексов CrCl6, NbCl6, TaF7 + 18 MCl ; хлоридно-фторидные - для CrF6, NbF7, TaF7 + 18MCl; чисто фторидные для CrF6, NbF7, TaF7 + 18MF. Ta – необходимо изучить перенос заряда для пяти электронов; анализ по Бейдеру – требуется расчет в больших базисах; прямой расчет переходного состояния: дает прямые сведения о механизме переноса заряда; расчет поверхности потенциальной энергии => большой объем вычислений. Время счета (16 ядер) ? t ? 1 мес/систему + 12 дней (Бейдер) => t ? 1.5 · 27 = 40,5/12 = 3,375 года

16

17 Планы и время счета

Планы и время счета

исследование строения двойного слоя вблизи поверхности графитового электрода: молекулы электролита (MCl, MF) размещаются возле углеродного кластера; для незаряженного и заряженного электрода (включение электрического поля); не менее 30 молекул MX => большой углеродный кластер. Оценка времени: t ~ 1,5 лет. исследование строения системы, состоящей из комплекса и молекул расплава возле поверхности электрода: комплекс + электрод без молекул МХ – без поля и с полем; полная система – комплекс + электрод + молекулы МХ – без поля и с полем. Оценка времени: учет всех степеней свободы ? t ~ 5-6 лет ?

17

18 Спасибо за внимание

Спасибо за внимание

18

«Конспект экспериментальные методы исследования частиц 9»
http://900igr.net/prezentacija/informatika/konspekt-eksperimentalnye-metody-issledovanija-chastits-9-195960.html
cсылка на страницу

Моделирование

18 презентаций о моделировании
Урок

Информатика

130 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по информатике > Моделирование > Конспект экспериментальные методы исследования частиц 9