Заведующий лабораторией: Ахмеджанов Фархад Рашидович |
Научные направления лаборатории:
- Термофизические и реологические свойства многофазных наножидкостных систем.
- Компьютерное наномасштабное моделирование механизмов молекулярных процессов в наноструктурах.
- Нелинейные явления, фазовые переходы и анизотропия упругих, фотоупругих и суперионных свойств в диэлектрических и сегнетоэлектрических кристаллах.
Лаборатория «Теплофизика многофазных систем» ИИПиЛТ АН РУз имеет многолетний опыт исследовании в области молекулярной физики и теплофизики, включая физическую акустику акустооптику, а также наномасштабное моделирование молекулярных процессов в наноструктурах и суперионных кристаллах. В исследованиях лаборатории активное участие принимают студенты бакалавриата и магистратуры НУУз имени Мирзо Улугбека, выполняя свои выпускные работы и магистерские диссертации.
По первому направлению исследований впервые в широком диапазоне выявлена кинетика релаксационных процессов вблизи критической точки в растворах и установлена зависимость реологических, акустических и тепловых свойств от вида, размера и концентрации наночастиц в наножидкостных системах. Исследования проводятся с помощью приборов NanoSight LM10 (Великобритания), Rheostress RS600 (Германия) и акустического анализатора E5100B (Япония).
НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГРУППЫ:
- Выявлено существенное замедление времени релаксации при образовании и распаде молекулярных ассоциатов вблизи критической точки;
- Установлено, что релаксационные процессы, связанные с внутримолекулярным вращением молекул, протекают независимо от степени близости к фазовому переходу.
- Впервые определено, что в водном растворе диметилпиридин критического состава в окрестности критической точки расслаивания жидкость- жидкость, существует факторы эффекта упаковки и протолиза, которые препятствуют образованию и росту флуктуации концентрации.
- Показано, что эффект от добавки в теплоноситель наночастиц нелинейно зависит от соотношения между вязкостью и теплопроводностью наножидкости, что позволяет управлять процессом теплообмена путем выбора оптимальной концентрации и размера наночастиц.
Прибор NanoSight LM10 |
Диперсия затухания |
Применение наночастиц SiO2 в строительной отрасли
В 2023 году сотрудниками лаборатории получен проект №С-21-2023 "Разработка комплексного метода повышения пластичности и сейсмостойкости бетонов на основе дифильных молекул" Фонда поддержки сейсмологии, сейсмостойкости сооружений и сейсмобезопасности при Кабинете Министров Республики Узбекистан. Введение нанодобавок и модификаторов на основе SiO2 позволяет улучшить эксплуатационные свойства бетонного камня, значительно повышает его прочность на сжатие. Минеральные нанодисперсные добавки в виде нанокремнезема наиболее перспективны из-за высокой реакционной способности и дешевизны нанокремнезема, отходы которого скапливаются ежегодно в больших количествах на прилегающих территориях Меткомбината в г. Бекабаде. При выполнении проекта будут изучены структурные особенности и эксплуатационные свойства бетонно-цементного камня. Направленное модифицирование структуры композитного материала достигается варьированием дисперсности и концентрации нанодобавки. Анализ результатов испытаний показывает, что в образцах бетонного камня с нанодобавкой наблюдается рост прочности на сжатие от 10 до 22 %.
Нанокремнезем, как и кремнезем является побочным продуктом производства ферросилиция и действует в бетонно-цементной смеси как высокоактивный пуццолан, повышая прочностные характеристики бетонного камня. Однако при малых его концентрациях (от 1 до 3 масс.%) трудно достигнуть равномерности распределения нанодобавки по его общему объему. В лаборатории разработана технология, позволяющая достичь равномерности распределения нанокремнезема в виде гидрозоля в воде затворения, предварительно активированной или одновременно активируемой физическими полями. При этом достигается увеличение прочностных характеристик не менее чем в 1,2 раза, снижается расход цемента, повышаются трещиностойкость и морозостойкость. В дополнение к этому для увеличения стабильности гидрозоля нанокремнезема и повышения пластичности бетонной смеси предлагается использование дифильных молекул, а именно анионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) алкилбензолсульфоната натрия. При этом, увеличивается подвижность бетонной смеси, повышается ее морозостойкость и водонепроницаемость и в конечном итоге увеличивается сейсмостойкость бетонных конструкций.
В рамках исследований по второму направлению выполняется фундаментальный проект (Ф-ФА-2021), финансируемый Министерством инновационного развития Республики Узбекистан, и создана новая научная группа - Группа наномасштабного моделирования (NSG): https://nsgroup.uz/
НАУЧНАЯ ГРУППА NSG
В состав группы входят два доктора наук и двенадцать талантливых молодых исследователей (младшие научные сотрудники, стажеры-исследователи и докторанты). В 2022 году в рамках проекта успешно защищены две магистерские диссертации. Помимо своих обязанностей в рамках проекта, члены группы NSG активно участвуют в организации конкурсных занятий по трем направлениям (т. е. программирование, физическая химия и вычислительная физика) через телеграмм канал (https://t.me/CompMaterSciUz) с целью отбора молодых исследователей. Эти тренинги служат для развития знаний и приобретения навыков у молодых ученых в области моделирования физико-химических и биологических процессов.
Научная деятельность группы NSG широко освещается в средствах массовой информации, ее часто посещают почетные гости.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕМИНАР ГРУППЫ
С целью создания школы компьютерного моделирования, 28 февраля 2022 года был организован международный семинар на тему «Перспективы использования компьютерного эксперимента в инновационных исследованиях». Основной целью проведения семинара является развитие у научных сотрудников навыков исследования физических, химических и биологических процессов с помощью компьютерного моделирования. Для эффективного проведения мероприятия, помимо исследователей Узбекистана, были привлечены и зарубежные специалисты.
Хотя большинство зарубежных экспертов предложили провести онлайн-лекции, некоторые также согласились приехать в нашу страну для непосредственного участия в семинаре. В частности, в мероприятии в качестве основного докладчика принял участие главный специалист по установке и эффективному использованию высокопроизводительных суперкомпьютерных кластеров Карел Венкен (Университет Антверпена, Бельгия). Семинар проводился онлайн (через платформу Zoom) и оффлайн. Семинар проходил на английском языке.
Помимо ученых из научных учреждений Академии наук Республики Узбекистан и различных высших учебных заведений Узбекистана, в качестве слушателей в данном семинаре приняли участие около двадцати молодых исследователей в возрасте до 40 лет. Такие семинары позволяют создать высокоуровневую вычислительно-симуляционную среду в научно-исследовательских институтах, и других ведущих научных центрах мира.
FISTUZ
Бельгийский эксперт Карел Венкен помимо своей приглашенной лекции также провел мастер-классы и практические занятия для молодых ученых по настройке и работе с суперкомпьютерами. В частности, он провел для участников мастер-класс по установке суперкомпьютерной системы, а также практические занятия по построению этой системы. В результате группа создала новый суперкомпьютерный кластер - FISTUz (Fast Intelligent Simulation Tool of Uzbekistan)
Карел Венкен также провел мастер-классы для членов группы по использованию кластера FISTUz. В результате каждый пользователь приобрел навыки работы с кластером FISTUz по сети. В частности, программы WinSCP и MobaXTerm позволяют пользователям подключаться к FISTUz под личными логином/паролем, назначать задачи кластеру и запускать расчеты/моделирование. Задачи, назначенные компьютерам кластера, распределяются и запускаются в порядке занятости процессоров компьютеров. И есть возможность отслеживать список задач, назначенных кластеру FISTUz, и контролировать количество занятых процессоров каждого компьютера в кластере.
По третьему направлению исследований в лаборатории исследуются суперионные кристаллы трифторидов редких земель с общей формулой LnF3 (Ln – La, Ce, Pr), характеризующиеся аномально высокой внутренней подвижностью ионов, проводимость которых находится в пределах от 10 –1 до 10 0 Cм/см. Для исследования суперионных кристаллов используются методы полуэмпирической квантовой физики. Такой подход позволяет эффективно анализировать экспериментальные данные различных исследовательских групп и определять механизмы тех или иных процессов, протекающих в кристаллах. По проведенным исследованиям были получены следующие результаты:
- Получен детальный профиль потенциального рельефа при образовании дефекта Френкеля и описана модель суперионного разупорядочения кристалла LaF3.
- Предложена макромодель переноса заряда ионами фтора (вакансионный механизм)
- Изучены поверхностные явления, в том числе естественная миграция вакансий к поверхности и влияние рельефа поверхности на этот процесс.
Суперионные материалы широко используются при создании автономных источников тока, различных преобразователей информации, электрохромных дисплеев, энерго-накопительных конденсаторов и других функциональных электрических устройств, а также – электрохимических датчиков для анализа состава и свойств различных веществ. Находят широкое применение эти материалы и в качестве активного материала в разнообразных сенсорах; причем область их применения непрерывно расширяется.
По этому направлению также исследуются нелинейные явления, и анизотропия упругих и фотоупругих свойств диэлектрических и сегнетоэлектрических кристаллов. Получен ряд новых результатов, в том числе:
- На основе метода Вильямса-Лэмба разработано устройство для прецизионного измерения скорости и затухания акустических волн в материалах, которое было использовано для проведения исследований.
- Впервые определены все компоненты комплексного тензора упругости и эффективные константы ангармонизма в кристаллах силиката и германата висмута и парателлурита.
- Построены характеристические поверхности затухания для акустических волн в плоскостях симметрии (100), (001) и (110), наглядно характеризующие анизотропию коэффициента затухания акустических волн в кристаллах силиката и германата висмута и парателлурита.
- Установлено, что наиболее сильная анизотропии затухания акустических волн в плоскостях симметрии, ортогональных к осям симметрии второго и четвертого порядка наблюдается для квазипоперечных волн, с поляризацией в этой же плоскости.
- Впервые предложен метод расчета характеристик акустических волн в кристаллах парателлурита вблизи осей симметрии, который позволяет выявить правильную закономерность их изменения при малых отклонениях направления их распространения от осей второго порядка.
- Показано, что пьезоэлектрический эффект не меняет качественной картины анизотропии акустического затухания, однако может сильно усиливать анизотропию затухания пьезоактивных поперечных акустических волн, по сравнению с непьезоактивными волнами.
Характеристическая поверхность скорости акустических волн в кристаллах силиката висмута в трехмерном пространстве
Сечение поверхности затухания продольных (1) и поперечных (2, 3) акустических волн в кристаллах фторида натрия плоскостью (110)
|
Сечение поверхности эффективных упругих констант: действительной (1) и мнимой (2), а также затухания (3) для продольных акустических волн в кристаллах галлосиликата лантана плоскостью (001) |
Подготовка кадров научной квалификации:
В последние 5 лет (с 2018 по 2022 годы) четверо сотрудников лаборатории: Криворотов В.Ф., Халилов У.Б. Юсупов М.С. и Рахимов Х.Ю. защитили свои докторские диссертации и получили ученую степень доктора физико-математических наук, трое сотрудников: Эгамбердиев К.Б., Нуждов Г.С. и Курбанов Ж.О. защитили диссертации и получили ученую степень доктора философии по физико-математическим наукам. Так же за указанный период было опубликовано более 20 статей в престижных зарубежных научных журналах.
В настоящее время в лаборатории проводят исследования или завершают работу по своей диссертационной теме тринадцать докторантов и соискателей: Пайзиллаев А.М., Эльбоева М.И., Махаров Н.М., Тугалов Ф.Б., Саидвалиев У.А., Аллаев Б.А., Теляев С.К., Хусанова Д., Жураев И., Мехмонов К., Журабаев Т., Сафаров Ф., Хайдаров Ф.
Научные связи Лаборатории теплофизики многофазных систем
- Бар-Иланский университет, г. Тел-Авив (Израиль)
- Гёттингенский университет, г. Гёттинген (Германия)
- Московский Государственный университетим. М.В.Ломоносова
- Ленинградский государственный университет им. А.С.Пушкина
- Институт материаловедения АН РУз
- Институт химии и физики полимеров АН РУз
- Институт общей и неорганической химииАН РУз
- Навоийский государственный горный университет
- НИИ микроэлектроники и полупроводников при НУУз им. М. Улугбека, г. Ташкент
- Институт ядерной физики АН РУз
- Ташкентский государственный технический университет им. И.А.Каримова
- Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
- Национальный университет Узбекистана им. М.Улугбека
- Самаркандский государственный университет им. А.Навои
Проекты:
- 2023-2024 Проект Фонда поддержки сейсмологии, сейсмостойкости сооружений и сейсмо безопасности Узбекистана при Кабинете Министров Республики Узбекистан №С-21-2023 «Разработка комплексного метода повышения пластичности и сейсмостойкости бетонов на основе дифильных молекул»
- 2021-2026 Проект программы фундаментальных исследований Министерство Инновационного Развития Республики Узбекистан № Ф-ФА-2021-509 «Селективный синтез новых углеродных наноструктур для перспективных наноустройств»
- 2018-2020 Проект программы прикладных исследований Министерства Инновационного Развития Республики Узбекистан ФА-Атех-2018-44 «Оптимизация технологии комплексных добавок для создания составов высокопрочных бетонов путем активирования раствора затворения»
- 2018-2019 Проект программы фундаментальных исследований молодых ученых № МУ-Ф3-2017101937 «Исследование процессов химической релаксации в нанофлюиди с помощью динамического рассеяния света и акустической спектроскопии»
- 2017-2020 Проект программы фундаментальных исследований № ОТ-Ф2-56 «Внутреннее движение и волновая форма теплопереноса в суперионных трифторидах редких земель LnF3 (Ln-La,Ce,Pr)»
- 2017-2020 Проект программы фундаментальных исследований № ОТ-Ф2-42 «Явления переноса и фазовые переходы в наножидкостях».
- 2016-2017 Начно-технический проект специального назначения на тему: «Туман » Комитета по координации развития науки и технологий (ККРНиТ) при КМ РУз (НТП СН на тему: «Туман»)
- 2015-2017 Проект программы прикладных исследований ФА-А4-Ф063. «Разработка технологии получения новых строительных материалов на основе вермикулита с выскокими тепло-и звукоизоляционными свойствами.»
- 2014-2015 Проект программы инновационных исследований ФА-ФИ-Ф004 «Развитие технологии, освоение производства и выпуск малыми партиями смазочной пасты для форм на базе местного сырья»
- 2012–2013 Проект программы инновационных исследований ИФА-2012-2-3 «Освоение технологии производства смазочного состава для форм с выпуском продукции малыми партиями»