- •Isbn 978-5-7883-0841-8
- •Isbn 978-5-7883-0841-8
- •Список использованных обозначений и сокращений
- •1. Физико-техническая специфика и проблематика нанотехнологий
- •1.1. Смысловое содержание понятия технология применительно к изделиям наноинженерии
- •1.1.1. Определение понятия антропогенной технологии
- •1.1.2. Какие макроскопические состояния «любит природа».
- •1.1.3. Общие стохастические принципы анализа нанотехнологий
- •1.2. Термодинамика процесса упорядочения материальных сред
- •1.2.1. Свободная энергия термодинамической системы как компромисс между энтропией и внутренней энергией
- •1.2.2. Анализ атомной упорядоченности с позиции принципа термодинамического равновесия физических систем
- •1.2.3. Время релаксации системы к состоянию термодинамического равновесия
- •1.2.4. Формирование требований к допустимой концентрации атомных дефектов в изделиях наноинженерии
- •1.3. Общие принципы проведения идеализации реальных объектов и процессов нанотехнологий
- •Смысловое содержание понятия «идеализация» применительно к физическим системам
- •Идеализация потенциальных энергетических диаграмм атомно-молекулярных систем
- •Идеализация состояния системы – «адиабатическое приближение»
- •Идеализация граничных и начальных условий в гетерофазных структурах
- •Время релаксации индивидуального физико-химического процесса
- •2. Формальные модели нанотехнологий
- •2.1. Классификация элементарных физико-химических процессов нанотехнологий
- •2.2. Формальное представление элементарных физико-химических процессов с позиции модели «рождение-гибель»
- •2.2.1. Классификация физико-химических процессов
- •2.2.2. Общие принципы создания моделей физико-химических процессов
- •2.3. Формальное представление нанотехнологий с позиции «векторно-броуновской» модели
- •2.3.1. Основополагающие представления
- •2.3.2. Взаимосвязь с физическими моделями технологических процессов
- •2.3.3. Специфика применения в технологических приложениях
- •2.4. Фактор необратимости реальных физико-химических процессов
- •2.5. Формальное представление нанотехнологии с позиции «стохастической» модели
- •2.5.1. Цели и задачи «стохастической» модели нанотехнологии
- •2.5.2. Определение понятия «микро- и нанотехнология» в стохастическом представлении
- •2.5.3. Показатели качества нанотехнологий на атомном уровне рассмотрения
- •2.5.4. Показатели качества технологий на микро- и макроскопическом уровне рассмотрения
- •2.5.5. Стохастические показатели качества реальных микро- и нанотехнологий
- •2.5.6. Информационный потенциал и дефицит микро- и нанотехнологий
- •2.5.7. Взаимосвязь информационного запас качества технологии и ресурса изделия наноинженерии
- •2.6. Формальные модели нанотехнологий основанные на вычислительных экспериментах с атомным уровнем разрешения
- •2.6.1. Предпосылки использования вычислительных экспериментов в технологической практике создания наноразмерных структур
- •2.6.2. Классификация методов моделирования технологических процессов
- •3. Физические основы моделирования нанотехнологий методами вероятностных клеточных автоматов
- •3.1 Основные принципы работы вероятностных клеточных автоматов.
- •3.2 Топологическая структура полигона моделирования.
- •3.3. Основные принципы временной дискретизации при моделировании процессов эволюции систем
- •3.4. Специфика моделирования процесса эволюции систем методами вероятностных клеточных автоматов
- •3.5. Общие принципы построения вычислительных алгоритмов вероятностных клеточных автоматов
- •Примеры моделирования нанотехнологий методами вероятностных клеточных автоматов
- •Часть 1
- •443086 Самара, Московское шоссе, 34.
- •443086 Самара, Московское шоссе, 34.
1. Физико-техническая специфика и проблематика нанотехнологий
1.1. Смысловое содержание понятия технология применительно к изделиям наноинженерии
1.1.1. Определение понятия антропогенной технологии
Антропогенная технология (от греч.: τέχνη — искусство, мастерство, умение; λόγος — мысль, причина; методика, способ производства) это комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на изготовление, обслуживание, ремонт и (или) эксплуатацию изделия с номинальным качеством и оптимальными затратами [1].
Здесь уместно привести ряд пояснений относительно используемой терминологии:
под термином изделие следует понимать любой материальный продукт (изделие), полученный в результате использования технологии;
под термином номинальное качество следует понимать прогнозируемый или заранее заданный уровень качества изделия в частности, представленный совокупностью требований,оговоренной в техническом задании на изделие;
под термином оптимальные затраты следует понимать минимально возможные затраты не влекущие за собой ухудшение условий труда, санитарных и экологических норм, норм технической и пожарной безопасности, сверхнормативный износ орудий труда, а также финансовых, экономических, политических и прочих рисков.
Наиболее новые и прогрессивные технологии современности принято относить к разряду высоких технологий (англ. - high technology, high-tech). К ним, в первую очередь, относятся современные наукоемкие технологии в следующих отраслях человеческой деятельности: микро- и наноэлектроника, вычислительная техника, информационно-измерительная техника, автоматизированные системы управления, прецизионное приборостроение, системы телеметрии и связи, робототехника, атомная энергетика, космическая техника и авиастроение, системы диагностики и мониторинга (материалов, процессов и устройств), генная инженерия, молекулярные биотехнологии. Все, перечисленные выше, объекты объединяет одно весьма важное обстоятельство, а именно: для обеспечения функционального назначения (качества) этих изделий необходимо обеспечить достаточно высокую степень упорядочения материальных сред, как в структурном плане (например: монокристаллы), так и в части элементного (атомно-молекулярного) состава.
Безусловным лидером в этом процессе непрерывного повышения степени атомно-молекулярной и структурной упорядоченности является микроэлектроника. В этой связи уместно отметить, что в современных средствах интегральной микроэлектроники считается допустимым наличие всего лишь одного (в среднем) атома примесного характера на 107 – 109 атомов, размещаемых (используя современные микротехнологии) в физическом объеме изделия для обеспечения необходимого функционального качества.
Термин «антропогенная» использован выше не случайно, а с целью отражения того очевидного факта, что в природе существует и альтернативная - «биологическая технология», направленная на создание «биологических устройств», составляющих суть живого вещества (природы). Целесообразность отражения в рамках настоящего пособия этого принципиального момента обусловлено тем обстоятельством, что для ряда нанотехнологий имеет место существенная методологическая общность с упомянутыми биологическими технологиями, когда речь идет об использовании технологий атомной сборки и самосборки изделий. Более того, в ряде технических приложений ставится вопрос о создании устройств основанных на синтезе технических и биологических объектов.