Ученые смоделировали течение газов низкой плотности

Исследователи из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого провели фундаментальные исследования течения газов низкой плотности, которые широко применяются при создании кластерных нанопокрытий. Результаты исследований опубликованы в журнале Physics of Fluid.

Последние два десятилетия особое внимание со стороны физиков уделяется различным наносистемам и вопросам создания новых наноматериалов, в том числе тех, которые содержат соединения нескольких атомов одного или разных веществ — кластеров. Из таких нанокластеров изготавливают защитные покрытия. Нанопленки из благородных металлов широко применимы в биомедицине, электронике и фотонике. К перспективным технологиям их создания можно отнести вакуумное газоструйное осаждение. Метод заключается в создании сверхзвуковой струи смеси пара металла и инертного газа. Когда она поступает в вакуумную камеру, частицы осаждаются на поверхность подложки и формируют покрытие. Наличие инертного газа позволяет регулировать интенсивность потока паров металла и создавать условия для кластеризации. Однако для этого необходима точная оценка параметров течения газовой смеси, обычно она осуществляется эмпирически при сопоставлении свойств получаемых пленок с условиями осаждения. Это дает лишь косвенную информацию о потоке, получить более точные данные могло бы позволить применение расчетных методов. Но проведение численных исследований в данной области физики затрудняется сложностью необходимого математического аппарата.

Ученым из СПбПУ удалось смоделировать поведение струи газовой смеси из частиц серебра и гелия при истечении в вакуум. Модель хорошо согласуется с экспериментальными данными и дает ключ к пониманию того, как можно наиболее эффективно управлять таким методом синтеза кластерных нанопокрытий.

«Провести необходимые компьютерные расчеты оказалось возможным благодаря вычислительным ресурсам нашего суперкомпьютерного центра “Политехнический”. С использованием собственного программного кода мы просчитали порядка 40 сценариев истечения разреженного газа. И уверены, что полученные данные крайне важны как для понимания физики разреженных течений, так и для оптимизации имеющихся и разработки новых вакуумных технологий синтеза кластеров и кластерных покрытий», — рассказывает один из авторов работы Николай Быков.

В будущем ученые планируют продолжить исследования в данной области, чтобы, опираясь на полученные результаты, разработать многоуровневую математическую модель разреженных течений с физико-химическими процессами.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.