Основные подходы к моделированию процессов отверждения в дисперсных силикатных системах. Часть 2. Процессы отверждения с точки зрения статистической физики
Автор: Кудрявцев Павел Геннадьевич, Фиговский Олег Львович
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Международный опыт
Статья в выпуске: 2 т.7, 2015 года.
Бесплатный доступ
В этой статье мы рассматривали возможности применения квазигомо-генного приближения для описания свойств дисперсных систем. Мы использовали статистический полимерный метод на основе рассмотрения усредненных структур всех возможных макромолекул одинакового веса. Выведены уравнения, позволяющие оценить многие аддитивные параметры макромолекул и содержащих их систем. Статистический полимерный метод позволяет моделировать разветвленные, сшитые макромолекулы и содержащие их системы, находящиеся в состоянии равновесия или в неравновесном состоянии. Фрактальное рассмотрение статистического полимера позволяет моделировать различные виды случайного фрактала и других объектов, изучаемых методами фрактальной теории. Способ статистического полимера применим не только к полимерам, но также и к композитам, гелям, ассоциатам в полярных жидкостях и другим агрегативным системам. В данной работе было описано состояние коллоидных растворов оксида кремния с точки зрения статистической физики. Такой подход основан на идее, состоящей в том, что коллоидный раствор диоксида кремния - золь диоксида кремния - состоит из очень большого числа взаимодействующих друг с другом частиц, находя- щихся в непрерывном движении. Она посвящена изучению идеализированной системы сталкивающихся, но не взаимодействующих частиц золя. Был проведен анализ поведения золя кремнезема с точки зрения распределения Максвелла-Больцмана, и была рассчитана средняя длина свободного пробега коллоидных частиц. На основании этих данных было рассчитано количество частиц, способных преодолеть потенциальный барьер при столкновении. Для моделирования кинетики золь-гель перехода были рассмотрены различные подходы.
Квазигомогенное приближение, дисперсные системы, статистический полимерный метод, образование сшивок, фрактальный метод, коллоидный раствор, золь-гель переход, длина свободного пробега, кремнезоль
Короткий адрес: https://sciup.org/14265770
IDR: 14265770 | УДК: 69.001.5 | DOI: 10.15828/2075-8545-2015-7-2-62-84
Quasi-homogenous approximation for description of the properties of dispersed systems. The basic approaches to model hardening processes in nanodispersed silica systems. Part II. The hardening processes from the standpoint of statistical physics
The paper deals with possibilities to use quasi-homogenous approximation for discription of properties of dispersed systems. The authors applied statistical polymer method based on consideration of average structures of all possible macromolecules of the same weight. The equiations which allow evaluating many additive parameters of macromolecules and the systems with them were deduced. Statistical polymer method makes it possible to model branched, cross-linked macromolecules and the systems with them which are in equilibrium or non-equilibrium state. Fractal analysis of statistical polymer allows modeling different types of random fractal and other objects examined with the mehods of fractal theory. The method of fractal polymer can be also applied not only to polymers but also to composites, gels, associates in polar liquids and other packaged systems. There is also a description of the states of colloid solutions of silica oxide from the point of view of statistical physics. This approach is based on the idea that colloid solution of silica dioxide - sol of silica dioxide - consists of enormous number of interacting particles which are always in move. The paper is devoted to the research of ideal system of colliding but not interacting particles of sol. The analysis of behavior of silica sol was performed according to distribution Maxwell-Boltzmann and free path length was calculated. Using this data the number of the particles which can overcome the potential barrier in collision was calculated. To model kinetics of sol-gel transition different approaches were studied.
Список литературы Основные подходы к моделированию процессов отверждения в дисперсных силикатных системах. Часть 2. Процессы отверждения с точки зрения статистической физики
- Kudryavtsev P., Figovsky O. Nanomaterials based on soluble silicates, ISBN 978-3659-63556-4, LAP Lambert Academic Publishing, 2014, 241 p.
- Кудрявцев П., Фиговский О. Наноматериалы на основе растворимых силикатов. -ISBN 978-3-659-58361-2. -LAP Lambert Academic Publishing. -2014. -с.155.
- Морачевский А.П. Физическая химия -поверхностные явления и дисперсные системы. -СПб., 2011.
- Lao L., Orsinger E. Hyperbolic and fractional hyperbolic Brownian motion, Stochastics: An International Journal of Probablty and Stochastics Processes, p. 505-522, 2007.
- Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин Г.Г. Курс общей физики: в 3 кн. -Книга 3. Статистическая физика. Строение вещества. -М.: Юрайт, 2013. -369 с.
- Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Статистическая физика. Часть 2. Теория конденсированного состояния//Теоретическая физика. -М.: Физматлит, 2004. -Том IX. -496 с.
- Schmidt M. Simulations of Systems with Colloidal Particles, in: Simulations of Systems with Colloidal Particles, ISBN: 0-8247-0323-5, edited by Borowko M., New York, Basel, Marcel Dekker, inc., 2000, pp. 745-773.
- Segre P.N., Behrend O.P., Pusey P. N. Short-time Brownian motion in colloidal suspensions: Experiment and simulation, PhysRevE., 1995, Vol. 52 5, pp. 50705083, Doi: , http://link.aps.org/doi/10.1103/Phys-RevE.52.5070 DOI: 10.1103/PhysRevE.52.5070
- Sanyal Subrata, Sood Ajay K. Brownian dynamics simulation of dense binary colloidal mixtures. I. Structural evolution and dynamics, Phys. Rev. E, Vol. 52, 4, pp. 4154-4167, 1995, , http://link.aps.org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevE.52.4154
- Sanyal Subrata, Sood Ajay K. Brownian dynamics simulation of dense binary colloidal mixtures. II. Translational and bond-orientational order, Phys. Rev. E, Vol. 52, 4, pp. 4168-4178, 1995, , http://link.aps. org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevE.52.4168
- Lowe C.P., Frenkel D. Short-time dynamics of colloidal suspensions, Phys. Rev. E, Vol. 54, 3, pp. 2704-2713, 1996, , http://link. aps.org/doi/10.1103/PhysRevE. 54.2704 DOI: 10.1103/PhysRevE.54.2704
- Hagen M.H.J., Pagonabarraga I., Lowe C.P., Frenkel D. Algebraic Decay of Velocity Fluctuations in a Confined Fluid, Phys. Rev. Lett., Vol. 78, 19, pp. 3785-3788, 1997, , http://link.aps.org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevLett.78.3785
- Groot R.D., Warren P.B. Dissipative particle dynamics: Bridging the gap between atomistic and mesoscopic simulation, J. Chem. Phys. Vol. 107, 10, p. 4423, 1997, http://dx.doi.org/10.1063/1.474784.
- Oberholzer M.R., Wagner N.J., Lenhoff A.M. Grand canonical Brownian dynamics simulation of colloidal adsorption, J. Chem. Phys. 107, 9157 (1997); DOI: 10.1063/1.475207
- Zahn K, Mendez-Alcaraz J.M.,Maret G. Hydrodynamic Interactions May Enhance the Self-Diffusion of Colloidal Particles, Phys. Rev. Lett., Vol. 79, 1, pp. 175178, 1997, , http://link.aps.org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevLett.79.175
- Sunil Kumar P. B., Rao M. Novel Monte Carlo Approach to the Dynamics of Fluids: Single-Particle Diffusion, Correlation Functions, and Phase Ordering of Binary Fluids, Phys. Rev. Lett., Vol. 77, 6, pp. 1067-1070, 1996, , http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.77.1067 DOI: 10.1103/PhysRev-Lett.77.1067
- Laradji M. Toxvaerd S., Mouritsen O.G. Molecular Dynamics Simulation of Spi-nodal Decomposition in Three-Dimensional Binary Fluids, Phys. Rev. Lett., Vol. 77, 11, pp. 2253-2256, 1996, , http://link. aps.org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.2253
- Lowen H. Brownian dynamics of hard spherocylinders, Phys. Rev. E, Vol. 50, 2, pp. 1232-1242, 1994, , http://link.aps.org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevE.50.1232
- Lowen H. Anisotropic self-diffusion in colloidal nematic phases, Phys. Rev. E, Vol. 59, 2, pp. 1989-1995, 1999, , http://link. aps.org/doi/ DOI: 10.1103/PhysRevE.59.1989
- Kirchhoff Th., Lowen H, Klein R. Dynamical correlations in suspensions of charged rodlike macromolecules, Phys. Rev. E, Vol. 53, 5, pp. 5011-5022, 1996, , http://link.aps.org/doi/10.1103/Phys-RevE.53.5011 DOI: 10.1103/PhysRevE.53.5011
- Romm F, Figovsky O. Statistical polymer method: Modeling of macromolecules and aggregates with branching and crosslinking, formed in random processes, Discrete Dynamics in Nature and Society Volume 2 (1998), Issue 3, Pages 203-208 DOI: 10.1155/S1026022698000181
- Romm F., Figovsky O. Modeling of Mechanical Properties of Polymeric Systems with Branching/Crosslinking, Particularly Their Mechanical Resistance and Stability. Macromolecular Theory and Simulations Volume 11, Issue 1, pages 93-101, January 2002.
- Romm F, Karchevsky V., Figovsky O. Combined Monte Carlo/thermodynamic model of formation of microporous aggregate structure like silica from quaternary ammonium silicate solutions. Journal of Surfactants and Detergents(IF 1.515), 2000, Vol.3 (4), pp. 475-481 Springer. http://onlineli-brary.wiley.com/doi/10.1002/1521-3919%2820020101%2911:1%3C93::AID-MATS93%3E3.0.C0;2-F/abstract.
- Ponomarenko A.T., Figovsky O.L., Shevchenko V.G. Multifunctional Polymer Composites for «Intellectual» Structures: Present State, Problems, Future. Journal Advanced Materials Research, 2008, Vol.740 (47), pp. 81-84, Trans Tech.
- Фиговский О.Л., Бейлин Д.А., Пономарев А.Н. Успехи применения нанотехнологий в строительных материалах//Нанотехнологии в строительстве. -2012. -Том 4, №3. -C. 6-21.
- Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Наноструктурированные материалы, получение и применение в строительстве//Нанотехнологии в строительстве. -2014. -Том 6, № 6. -с. 27-45. -DOI: 6-27-45 DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2014-6-
- Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Квазигомогенное приближение для описания свойств дисперсных систем. Основные подходы к моделированию процессов отверждения в нанодисперсных силикатных системах. Часть I. Статистический полимерный метод//Нанотехнологии в строительстве. -2015. -Том 7, № 1. -С. 29-54. -DOI: DOI: 10.15828/2075-8545-2015-7-1-29-54
