Рис. 1. Поправочный множитель для различных значений радиуса критического зародыша RS (в единицах Леннард-Джонса). Символы - численное моделирование Кусаки, линии - аналитический расчет.
Образование наночастиц жидкой или твердой фазы из молекул пересыщенного пара – так называемая нуклеация - широко распространенное явление в атмосфере. Важен этот процесс и для образование межзвездной пыли. Исследование механизма нуклеации необходимо для оптимизации технологии изготовления высокопрочных материалов, нанокерамик, газовых сенсоров, фотокатализаторов, новых форм лекарственных средств и др. В середине прошлого века была создана классическая теория нуклеации, позволяющая рассчитать скорость образования наночастиц. Для того, чтобы возникла наночастица, молекулы пара должны образовать так называемый критический зародыш. Однако, классическая теория имеет недостаток - она не учитывает вклад поступательных и вращательных степеней свободы в свободную энергию критического зародыша. Для того, чтобы учесть этот вклад, необходимо ввести так называемый поправочный множитель в выражение для скорости нуклеации. Величина этого множителя может быть очень большой - 109 - 1013. Проблема в том, что если в теории нуклеации активировать дополнительно три поступательные и три вращательные степени свободы, то для сохранения общего числа степеней свободы необходимо дезактивировать шесть внутренних степеней свободы критического зародыша. На протяжении последних шести десятилетий научным сообществом разрабатывались подходы для учета этих внутренних степеней свободы. В 2006 году Кусакой была создана теория, позволяющая численно рассчитать поправочный множитель. Однако эта теория позволяет рассчитать поправочный множитель только численно на суперкомпьютере и только лишь для систем, которые описываются простым парным потенциалом (типа Леннард-Джонса).
Таким образом, остается проблема разработки теории, позволяющей аналитически рассчитывать поправочный множитель для широкого круга реальных систем (вода, углеводороды, металлы и т.д.).
А. А. Онищук, С. В. Восель, П. А. Пуртов (лаборатории Наночастиц (зав. лаб. Онищук А.А.) и Теоретической химии (зав. лаб. Докторов А.Б.)).
Разработана новая теория, позволяющая рассчитывать поправочный множитель аналитически для любых реальных систем. На рис. 1 для случая нуклеации аргона проведено сравнение поправочного множителя, рассчитанного аналитически и с помощью строгого численного моделирования, проведенного Кусакой (2006).
Рис. 1. Поправочный множитель для различных значений радиуса критического зародыша RS (в единицах Леннард-Джонса). Символы - численное моделирование Кусаки, линии - аналитический расчет.