Нанопористый углерод: модель с заданной сетью пор совпала с эталоном МД в пределах около 5 %
В расчётной работе сначала задают распределение пор по размерам, затем вокруг растят углерод; плотность, площадь поверхности и объём пор совпали с эталоном закалочной МД около 5 %.
Авторы препринта arXiv · препринт, ещё не прошедшего рецензирование, описали способ построения моделей неупорядоченного нанопористого углерода, в котором сеть пор задаётся заранее. Поры, выбранные из целевого распределения по размерам, занимают заданную долю объёма, вокруг них стохастической постановкой колец выращивается углерод, а роевой алгоритм (particle swarm) восстанавливает параметры построения по структурному «отпечатку». В сравнении с углеродом, полученным закалочной молекулярной динамикой (QMD), поиск воспроизводит плотность, площадь поверхности и объём пор в пределах около 5 % вместе с распределением пор по размерам arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Почему важна геометрия пор
Пористые угли применяют в электродах суперконденсаторов, для хранения и разделения газов, для очистки воды; их свойства зависят от геометрии пор. Авторы ссылаются на работы, где ёмкость определяется распределением пор по размерам, а не одной площадью поверхности. В одном из упомянутых случаев два углерода с почти одинаковым распределением различались по ёмкости на 43 %, что авторы той работы связали с локальной структурой arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗. Поэтому модели нужны и заданная геометрия пустот, и локальная структура неупорядоченного углерода.
Существующие подходы закрывают лишь часть задачи. У щелевых моделей геометрия точная, но в их каркасе нет кривизны и нешестиугольных колец, характерных для неупорядоченного углерода. Методы реконструкции требуют измерений уже существующего образца, а их обращение неоднозначно. Миметическая молекулярная динамика даёт физически релаксированную структуру, но сеть пор в ней является результатом и зависит от плотности, температурного протокола и межатомного потенциала arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Что делает поиск
В качестве стресс-теста метод восстанавливает и бимодальное распределение пор по размерам. По сообщению авторов, история поиска показывает, какие параметры ограничены целевыми величинами, и отмечает неудачный поиск arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Построенную сеть затем доводит короткий отжиг. Он восстанавливает координацию эталонного углерода, а распределение пор по размерам сохраняет форму arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗.
Локальную химию в этой схеме по-прежнему задаёт молекулярная динамика. Отличие в том, что геометрия пор становится проектной переменной под конкретное применение, а не итогом моделирования синтеза arxiv.org
arXiv · препринтarxiv.orgОткрыть источник ↗. Результаты получены в препринте и не прошли рецензирование.
