КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-73-00129
НазваниеРазработка принципиально нового подхода к расчету краевых углов в модельных системах методами молекулярной динамики и теории функционала плотности
Руководитель Копаничук Илья Владимирович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-406 - Химическая термодинамика. Физическая химия поверхности и межфазных границ. Адсорбция
Ключевые слова Нанопоры, Численный эксперимент, Теория поверхности раздела жидкостей, Алгоритм определения контактного угла, Динамический контактный угол, Дискретная модель
Код ГРНТИ31.15.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В рамках проекта будет разработана теория, описывающая поверхность раздела фаз в нанопорах, будут получены выражения для площади поверхности и уравнения для профиля плотности при произвольном краевом угле. Этот подход будет положен в основу нового метода определения краевого угла на основе одномерного профиля плотности жидкости в нанопорах. Данный алгоритм будет решен недостатков, связанных с обработкой изображения и подбором большого числа параметров. Планируется валидация гипотезы через численные эксперименты и сравнение результатов с литературными данными. Дальнейшее развитие будет включать исследование стабильности формы раздела фаз с учетом различной энергии взаимодействия компонент и анализ динамического краевого угла.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Выведены формулы, описывающие форму поверхности раздела несмешивающихся жидкостей в плоской щели для произвольного угла смачивания. Полученные выражения согласуются с формулами для случая полного несмачивания при угле 180 градусов. Проведен визуальный анализ профилей плотности с использованием Python и Matplotlib.
Разработан алгоритм на Python для определения краевого угла смачивания. С помощью библиотек hyperopt и optuna решена задача оптимизации ошибки профиля плотности и найден краевой угол.
Верификация алгоритма проводилась в два этапа:
1) На синтетических данных: генерировались системы с заданными размерами, краевым углом и типом поверхности раздела. Точки случайно размещались в области, ограниченной поверхностью. Алгоритм применялся к нескольким наборам с последующим усреднением результатов, что позволило оценить его точность и требуемый объем статистики.
2) На данных молекулярного моделирования: рассматривались системы н-декан/вода на подложках из кальцита и мусковита. Моделирование проводилось в GROMACS. Сравнивались различные силовые поля: TraPPE-UA, OPLS-AA, GROMOS для углеводородов; TIP4P-2005, TIP3P, SPC/E для воды; CLAYFF для мусковита. Для кальцита параметры взяты из предыдущих исследований. Профили плотности строились с помощью gmx density.
В результате выбран оптимальный набор моделей: TIP4P-2005 для воды и TraPPE-UA для углеводородов, что отличается от использованного в работе 2020 года. Успешное применение TraPPE-UA важно для будущего моделирования разнообразных составов углеводородной фазы и перехода к цифровым моделям нефти.
Публикации
1.
Семенчук А.А, Кондратюк Н.Д, Копаничук И.В
PANDA: Predicting angle from nanoscale density analysis
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (год публикации - 2025)
10.1016/j.colsurfa.2024.135994