ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО НАНОИНЖИНИРИНГА БИОМИМЕТИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, доктор физико-математических наук Жуковский, Марк Сергеевич

• Жуковский, Марк Сергеевич
• доктор физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Жуковский, Марк Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ МЕТОДОВ ИМИТАЦИИ КВАНТОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ БИОМИМЕТИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ.

1.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ В ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ БИОМИМЕТИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ.

1.2 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ КВАНТОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ НАНОЧАСТИЦ

1.3 КВАЗИСТАЦИОНАРНАЯ КВАНТОВАЯ РЕЛАКСАЦИЯ НАНОЧАСТИЦ.

1.4 МЕТОДЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КВАНТОВОЙ РЕЛАКСАЦИИ НАНОЧАСТИЦ.

1.4.1. Релаксация наночастиц в методе молекулярной механики.

1.4.2. Релаксация наночастиц в методе Монте-Карло.

1.4.3. Релаксация наночастиц в методе молекулярной динамики.

1.4.4 Применение моделей клеточных автоматов для имитации самосборки и самоорганизации наносистем.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО НАНОИНЖИНИРИНГА БИОМИМЕТИЧЕСКИХ НАНОСИСТЕМ»

В природе существует огромное разнообразие функциональных поверхностей, чьи свойства несравнимы с искусственными материалами. В последние несколько лет появилось много работ по описанию природных материалов со сложной структурой, которые дают животным и растениям огромную механическую прочность, выдающиеся оптические, адгезионные и сенсорные свойства, а также способность к самоочистке. Адаптивная самосборка таких материалов обеспечивается в природе иерархической самоорганизацией и оптимизацией биологического материала на каждом уровне иерархии.

Новые искусственные материалы на основе технологий, позаимствованных у природы - это одно из многообещающих направлений современной нанотехнологии. Биомиметика быстро развивается, особенно в последние 10 лет. Последние успехи в создании биомиметических устройств основываются на понимании фундаментальной роли наноуровня. Устройства с развитым наноструктурным уровнем имеют уникальные качества: водоотталкивающие, самоочищающиеся, уменьшающие сопротивление в потоке жидкости, высокие адгезионные и механические свойства, термоизолирующие и сенсорные [1,2].

Существует множество физических и химических методов, применяемых для изменения наноструктуры поверхностей, таких как фотолитография [3], шаблонированное электрохимическое осаждение [4], плазменная обработка [5], электроннолучевая литография [6] и селективный рост углеродных нанотрубок [7].

В работе [1] продемонстрировано использование сверхбыстрого фемто секундного импульсного нанопроцессинга для трехмерной биомиметической модификации поверхностей материалов. Показано, что искусственные поверхности, полученные при обработке кремния фемтосекундным лазером в газовой атмосфере, имеют многуровневую иерархическую морфологию, похожую на природную. Такие поверхности могут служить материалом для нанофлюидных устройств. Нанофлюидика изучает поведение, способы управления и контроля жидкости, ограниченной нанометровыми структурами. В таком состоянии жидкость проявляет нетипичные для объемного состояния свойства, например резкое увеличение или уменьшение вязкости возле стенок нанокапилляров, изменение термодинамических параметров жидкости, а также нетипичную химическую активность на границе раздела твердой и жидкой фаз [8]. Получаемые поверхности имеют два основных отличия: чрезвычайно низкую поверхностную энергию, а, следовательно, обладают водоотталкивающими и самоочищающимися свойствами и способность к реагированию на внешние воздействия, такие как свет, электрическое поле и рН растворов.

Одним из наиболее полезных свойств модификации с помощью сверхбыстрых импульсных лазеров является то, что мы можем изменять строго ограниченный микроскопический объем материала [9].

Абляция лазерными импульсами индуцирована оптическим пробоем, который генерирует плазму вблизи лазерного фокуса. Поскольку плазма рекомбинирует до тепловой диффузии, распространения ударной волны и начала кавитации, абляция субстрата ограничена, по крайней мере, на начальном этапе, в небольшом объеме. Хотя интенсивность, необходимая для начала пробоя достаточно высока, короткая продолжительность импульса позволяет достичь пороговой интенсивности достаточно быстро. Сочетание локализованного возбуждения и низкой пороговой интенсивности значительно снижает степень сопутствующего влияния на соседние области материала, так что размер подвергнувшегося воздействию материала может быть микроскопическим - очень близким к дифракционному пределу. Как следствие, трехмерные структуры, построенные с использованием нелинейных методов лазерного структурирования, обеспечивают отличный контроль на микро- и субмикронных масштабах. Дополнительные преимущества импульсного лазерного структурирования включают: высокую скорость изготовления, бесконтактное взаимодействие, применимость для многих видов материалов, таких как керамика, металл, полимеры и высокую воспроизводимость.

Микроструктурирование с помощью фемто [10], пико [11] и нано [12] лазеров в соответствующих условиях очень привлекательно, т.к. ведет к образованию микроконической структуры на твердых поверхностях [13,14,15]. Такое изменение структуры поверхности позволяет получать свойства искусственных материалов подобные природным.

Важной частью биомиметики является биокоординационная химия. Соединения, которые в ней изучаются, выполняют важнейшие функции в растительных и животных организмах. Они в составе ферментов катализируют реакции переноса кислорода, окислительно-восстановительные и гидролитические процессы. Чаще всего биокоординационные соединения представляют собой металлсодержащие макромолекулы. Связанный с белком металл может контролировать конформацию биомакромолекулы [16,17].

В исследовании [18] показаны способы создания простых синтетических комплексов, моделирующих активные центры гемовых и негемовых металлоэнзимов, которые являются одними важнейших объектов исследования в биомиметическом направлении биокоординационной химии.

Чрезвычайно важным методом изучения природных механизмов функционирования организмов является подход к созданию искусственного прототипа живой клетки. Искусственная клетка как биомиметическое устройство позволяет создать на своей базе органы и далее организмы с существенно отличающимися от природных прототипов свойствами, при этом мы в состоянии полностью контролировать их.

Создание искусственной клетки, которая функционировала бы как живая, — давняя мечта ученых. Ведь синтетический организм открывает огромный простор для создания универсальных препаратов или, например, донорских материалов. Биологи из Гарвардского университета сконструировали синтетическую форму жизни, при помощи которой можно будет создавать не только искусственные лекарственные препараты с заданными характеристиками, но и новые виды топлива и промышленных материалов.

Руководителю проекта профессору Джону Черчу, занимающемуся генетическими разработками более 30 лет, и его коллегам удалось в точности воссоздать ту часть живой клетки, которая отвечает за создание протеинов, необходимых для жизни [19]. Поразительно, но генетики не только создали аналогичный по форме и содержанию элемент, но и сделали его полностью функциональным — механизм искусственного воспроизводства природных протеинов, существующий в обычных рибосомах (структурах клеток, которые служат для синтеза белка из аминокислот), работает и в синтетическом аналоге. Так что уже следующим этапом исследований будет конструирование искусственной клетки.

До настоящего момента искусственные рибосомы были крайне прихотливы и совершенно не приспособлены к условиям окружающей среды. Синтезированные впервые 40 лет назад, они могли существовать лишь при очень низкой температуре и высокой концентрации соли. Кроме того, ученые тогда не смогли заставить рибосомы самовоспроизводиться, а значит, ни о каком создании искусственной жизни речи не шло.

Особой гордостью гарвардских исследователей явилось то, что уже первая версия созданной ими рибосомы способна воспроизводить сама себя. Кстати, выбор рибосомы в качестве первого объекта для исследований неслучаен. Дело в том, что природная версия рибосомы используется генетиками для создания разнообразных протеинов в лекарствах и вакцинах. Однако продуцирование подобных лекарств затрудняется тем, что некоторые рибосомы значительно замедляют действие некоторых препаратов, а другие делают их вообще бесполезными. Из искусственных же рибосом авторы исследования могут изъять ненужные компоненты и сделать их совместимость с другими веществами стопроцентной. Кроме того, синтетические рибосомы могут быть запрограммированы на создание всех типов протеинов

В работах [20, 21] описываются современные методы синтеза полностью искусственных клеток. В частности, отмечается, что в литографически-индуцированной самосборке наноструктур формирование рельефа фоторезиста обеспечивается электростатикой и электрогидродинамической неустойчивостью, индуцируемой воздействием ультрафиолетового, рентгеновского или ионного пучка. Существуют методы молекулярной самосборки полупроводниковых схем [21], формально учитывающие нелинейно-физический аспект проблемы, однако формируемые при их помощи структуры не обладают диссипативными свойствами. Применяющиеся принципы шаблонной самоорганизации [22], не обеспечивают протекания распределенных химических реакций в системе вследствие гомогенного состава фоторезиста и вытекающего из этого отсутствия каналов химического реагирования.

Методы нанолитографии химически-гомогенных структур могут быть использованы для получения упрощенных моделей биологических мембран [23,24], но в гетерогенных химических средах их применимость ограничена в связи со спектральной селективностью фаз по отношению к используемым длинам волн. В связи с этим актуализуется проблема создания нанотехнологий сборки биомиметических структур под действием спектрально-неоднородных шаблонов-транспарантов. Очевидно, что наиболее адекватным транспарантом для синтеза биомиметиков являются биологические структуры. Проецируя пучок излучения через биологически-структурированный шаблон на активную самоорганизующуюся среду, запуская в ней процессы фотоиндуцированной самоорганизации по градиенту излучения, можно осуществить синтез изоморфного шаблону биомиметика в активной среде. Это порождает проблему сенсибилизации активных сред к используемым диапазонам длинам волн, однако данная проблема может быть решена путем инверсии за счет подбора диапазонов длин волн под абсорбционные свойства активных сред.

Одно из самых интересных проявлений активности растений - это поведение растения "венерина мухоловка". Венерина мухоловка — небольшое травянистое растение с розеткой из 4—7 листьев, которые растут-из короткого подземного стебля. Листья размером от трёх до семи сантиметров, в зависимости от времени года, длинные листья-ловушки обычно формируются после цветения. Растение имеет крошечные волоски, при прикосновении к которым приводятся в действие листья, которые захлопываются и захватывают добычу. Изучение механизма захлопывания привело к разработке нового вида полимерной поверхности.

В статье, опубликованной в 2007 году в Advanced Materials, Альфред Кросби [25] описал, как ему с коллегами удалось сымитировать эту способность растения и создать полимер, покрытый крошечными линзами, которые могут становиться то выпуклыми, то вогнутыми, придавая материалу способность перестраиваться.

В настоящее время в стадии разработки находятся фундаментальные основы индустрии наносистем нового поколения. Отличительной чертой этой индустрии является многоуровневый процессинг (измерение, контроль, управление, обработка) множества корпоративно-действующих открытых неравновесных квантовых наноэлементов. Квантово-размерные элементы сложных наносистем нового поколения по физико-химическим свойствам оказываются «равноудалёнными», как от атомов и молекул, так и от квазиравновесных субмикроскопических корпускул. Критические размеры таких наночастиц менее 10 нм. Новый класс наночастиц имеет сходство с известными в биологии структурными наноэлементами клетки. Например, с тубуленами (размер около 8 нм), которые являются основным строительным элементом цитоскелета, играющего ключевую роль в процессах обработки информации в живой клетке. Подобные биологическим, энергонасыщенные, корпоративно-действующие, малые биомиметические наночастицы требуют фундаментального исследования с целью разработки их наноинжиниринга.

В инжиниринге нанотехнологий первого поколения [26] основной упор был сделан на квантово-размерные эффекты Их сравнительно несложно получить, управляя расположением атомов, молекул, а также дефектов в матрице конденсированного состояния. Например, формируя нанослоевые интерфейсы различных фаз, двухмерные, одномерные и нульмерные сегрегации химических частиц определённого состава в матрицах. В методах конструирования инжиниринга первого поколения предполагается, что физико-химические наносистемные процессы подчиняются управлению через целенаправленное изменение внешних для них термодинамических интенсивных переменных — параметров макросистемы: температуры Т, давления Р, тензора механических напряжений а, химических потенциалов элементов ц, напряженности электрического поля Е и т.п. [27-30].

Наносистемные процессы в биомиметических нанотехнологиях нового поколения не могут однозначно управляться внешними термодинамическими переменными, так как они способны сложно корпоративно самоуправляться [31-40] внутренними для системы скрытыми кинематическими переменными, активируемыми на очень короткие субфемтосекундные интервалы времени в нанометровых областях коррелированного движения биомиметических наночастиц. Фемтосекундная корпоративная кинетика определяет процессы самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем. Они высоко адаптивны к изменению внешних условий за счёт сложной мультикинетики релаксации из энергонасыщенных активированных неравновесных состояний. Поэтому требуется детальное исследование фундаментальных основ инжиниринга биомиметических наносистем и, в частности, компьютерных методов имитирования квантовой релаксации биомиметических наночастиц.

В настоящее время в ведущих научно-исследовательских школах пока нет единого сложившегося мнения о механизмах реализации предстоящего этапа развития нанонаук и нанотехнологий во втором поколении. Сильна ещё инерция способов решения задач на основе того, что наноуровень это лишь пограничная область, процессы в которой можно описать «эклектично» - как совокупность механизмов и закономерностей микроуровня (квантовые законы микросистем атомов, молекул) и макроуровня (классические законы термодинамики фаз, дефектов). Эта научная парадигма задерживает развитие нанонауки и наноинжиниринга, разработку нового поколения инструментов и наноустройств. В рамках упрощённой двухуровневой «макро-микро» научной парадигмы нет концептуальных резервов для описания механизмов процессов адаптации и интеллекта биомиметических наносистем. Более того, нет, в принципе, в ней и идей о том, как превзойти или дополнить по этим показателям живые наносистемы и организмы [41].

Становится очевидным, что это можно преодолеть, если стать на новую точку зрения, заключающуюся в следующем. Закономерности процессов микромира и макромира являются, в сущности, двумя асимптотиками законов сложных фундаментальных процессов, идущих на наноуровне. Слитность протекания в пространстве и времени многоуровневых процессов обеспечивается существованием коррелирующих быстропротекающих базовых процессов в наномире. Развиваемый подход основан на концепции доминирования фундаментальных квантовых диссипативных наноструктур в адаптивном поведении биомиметических наносистем. Революционный шаг к индустрии биомиметических наносистем требует существенно изменить научную парадигму реализации процессинга наносистем на принципах самоконтроля и самоуправления, лежащих в основе живых биосистем.

Решение стоящих проблем должно дать возможность построения замкнутых нанотехнологических линий по самопроизводству наноустройств различного функционального назначения. Научная парадигма трехуровневой «микро-мезо-макро» иерархии существенна для понимания сложности организации в биомиметическом инжиниринге «обратного» управления со стороны маргинальных уровней микро- и макросистем их эволюционной доминантой - неравновесной накосистемой мезоуровкя, имеющей скрытые кинематические переменные степеней свободы составных квантовых частиц.

Создание адаптивных к внешним условиям среды кибернетических наноустройств и приборов является наиболее приоритетной целью развития наноинжиниринга биомиметических наносистем. Особую значимость это имеет для резкого повышение эффективности производства и утилизации энергии, информации, материалов, а также создание принципиально новых наносистем, обладающих свойствами быстрой адаптации к окружающей среде и сверхскоростными ресурсами интеллекта.

Общий план диссертации включает в себя последовательное изложение положений теоретической концепции и компьютерных методов имитации мультикинетической релаксации открытых биомиметических наночастиц; основ компьютерного наноинжиниринга биомиметических наносистем; сравнительного анализа результатов компьютерных экспериментов по исследованию релаксационных процессов самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем на основе водорода, углерода, переходных и благородных металлов в режиме фемтосекундного процессинга. Актуальность темы диссертационной работы

Создание инновационной наноиндустрии нового поколения требует опережающих темпов развития её фундаментальной триады: «нанонаука — наноинжиниринг — нанотехнологии». Первая составляющая обеспечивает генерацию знаний о природе мезомира, лежащего между микромиром атомов и макромиром конденсированного состояния вещества. Вторая компонента триады, исходя из этих знаний, разрабатывает принципиально возможные схемы реализации сборки-монтажа наносистем. Нанотехнологии - это сумма конкретных технологий и методик компоновки различных наносистем. Также данные технологии используются для создания функционирующих наноустройств с принципиально новыми качествами. Только после реализации всей цепочки триады можно выйти на стадию развития индустрии наносистем нового поколения.

Проблемы, на решение которых направлено диссертационное исследование, являются весьма актуальными для всей триады. Создаваемые сейчас новые нанотехнологии имеют два основных фундаментальных отличия от существующих технологий первого поколения. Первое отличие. Одной из основ этих нанотехнологий должны стать фемто- и аттосекундные методы импульсного когерентного процессинга неравновесных наносистем. Второе отличие состоит в том, что общей основой будущих нанотехнологий станет наноинжиниринг самосборки и самоорганизации нового типа адаптивных интеллектуальных биомиметических наносистем и наноустройств.

Созданные на основе использования импульсных субфемтосекундных когерентных источников и широкой наноэлементной базы, включающей наночастицы металлов, полупроводников и неметаллов, биомиметические наносистемы будут имитировать полифункциональные признаки биосистем. При этом использование более широкой наноэлементной базы позволит в дальнейшем модифицировать, улучшать эксплуатационные характеристики биомиметических материалов по сравнению с имитируемыми биосистемами.

Применение импульсного сверхскоростного процессинга наносистем требует разработки в области нанонаук вопросов, касающихся особенностей кинетики квантовой релаксации, субфемтосекундных механизмов обмена энергией, энтропией и информацией открытых биомиметических наносистем с диссипативной средой конденсированного состояния, а также механизмов генерации в материале квантовых диссипативных наноструктур нелинейного отклика на фемто- и аттосекундные импульсы фокусируемого когерентного излучения. В связи с нелинейными квантовыми каналами диссипации энергии, главным отличием нанопроцессинга биомиметических материалов является то, что его конечный результат зависит не только от внешних термодинамических параметров (Т, Р, а, Е, Н) термостата, но и от корпоративной самоорганизации наночастиц за счёт активизации нелинейно-диссипативных внутренних степеней свободы. Скрытые внутренние степени свободы задаются скрытыми квантовыми кинематическими переменными. К ним относятся: степень квантовой запутанности г) (0 < ц < 1), время жизни т (фемтосекунды) и длина корреляции X (нанометры) кинематических волн зарядовой и спиновой плотности составных квантовых квазичастиц.

Препятствием на пути развития триады индустрии наносистем нового поколения является отсутствие в настоящее время источников когерентного импульсного излучения в области вакуумного ультрафиолета (УФ) и мягкого рентгена (МР), требующиеся для острофокусируемого субфемтосекундного процессинга биомиметических наносистем [42]. Надежды, правда, возлагаются на разработку лазеров на свободных электронах. Разработчики, не имея инструментов наблюдения и процессинга, не могут понять, что происходит в ходе монтажа нанобиосистем. Единственным виртуальным «наноскопом» в эксперименте является компьютерный наноинжиниринг биомиметических систем. С другой стороны, совмещение этапов развития научных знаний с формированием контингента их разработчиков и субъектных носителей в сфере наноинжиниринга биомиметических наноматериалов и устройств требует разработки новых когнитивных методов. Это связано с тем, что каждому субъекту научного поиска или обучения придется совершать ряд качественных «скачков» восприятия и понимания сложных многофакторных нелинейных квантовых процессов самосборки и релаксации диссипативных наноструктур биомиметических материалов и устройств. Эти процессы имеют многоуровневый характер и корпоративно идут на различающихся в тысячи и миллионы раз временных и пространственных масштабах. Для нанотехнологии обязательным звеном когнитивного и креативного процессов исследования становится виртуальная интерактивная среда имитационного эксперимента, формируемая высокопроизводительными компьютерами.

В диссертации с целью решения этих когнитивных и креативных задач разработаны теоретические основы компьютерных методов имитирования фемтосекундного наноинжиниринга биомиметических наносистем и созданы для проведения имитационных экспериментов программные комплексы «КомпНаноТех» и «Компьютерный наноинжиниринг».

В связи с вышесказанным, актуальным являются представленные в диссертации анализ и интерпретация результатов исследования в области фемтосекундного наноинжиниринга биомиметических наносистем водорода, углерода, переходных и благородных металлов, полученных с помощью разработанных программных комплексов.

Цели диссертационной работы и задачи исследования

Целями диссертационной работы являются:

1. Формулирование физико-химических основ кинетической теории квантовых диссипативных структур биомиметических наносистем.

2. Разработка компьютерного наноинжиниринга биомиметических наночастиц.

3. Анализ на основе результатов компьютерных экспериментов физико-химических закономерностей релаксационных процессов самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем водорода, углерода, переходных и благородных металлов.

Достижение целей осуществляется путем последовательного решения следующих основных задач исследования:

1. Разработка физико-химических основ теории квантовой релаксации биомиметических наносистем, как квантовых диссипативных наноструктур конденсированного состояния.

2. Раскрытие физико-химических механизмов формирования квантовых диссипативных наноструктур развёртывания во времени кинетики квантовых процессов обмена энергией в биомиметических наносистемах.

3. Развитие теоретических методов описания квантовых диссипативных наноструктур и процессинга многоуровневых биомиметических наносистем.

4. Разработка теоретических основ компьютерных методов имитирования фемтосекундного наноинжиниринга биомиметических наносистем и создание для проведения имитационных экспериментов программных комплексов «КомпНаноТех» и «Компьютерный наноинжиниринг».

5. Исследование квантовых диссипативных наноструктур водорода в процессах самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем радикалов и бирадикалов водорода, а также водородных связей в воде.

6. Исследование квантовых диссипативных наноструктур углерода в процессах самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем углеродных наногелей и графеновых нанолистов.

7. Исследование квантовых диссипативных наноструктур переходных (титан, никель) и благородных (серебро) металлов в процессах самосборки и самоорганизации фрактальных и кластерных биомиметических наносистем.

8. Компьютерный наноинжиниринг многоуровневой самосборки и самоорганизации биомиметических электродов-катализаторов водородных топливных наноэлементов из нанографена, наногелей углерода, наночастиц никеля и активированных радикалов и бирадикалов водорода.

Научная новизна работы

Впервые предложены и исследованы физико-химические механизмы квантовой релаксации биомиметических наносистем на основе эмиссии энергии неравновесных наночастиц в диссипативную подсистему составных электронно-дырочных квазичастиц конденсированного состояния.

Впервые показано, что квантовая релаксация биомиметических наночастиц - это цепочка чередований фемтосекундных и субфемтосекундных стадий. На фемтосекундной стадии происходит скрытая внутренняя конверсия энергии наночастицы в энергию электронно-дырочной пары, а на субфемтосекундной - акт диссипации накопленной энергии вместе с парой в конденсированное состояние.

Впервые показано, что на фемтосекундных стадиях происходит когерентная неадиабатическая релаксация биомиметических наночастиц, в результате которой ядерные подсистемы без теплового нагрева снижают потенциальную энергию за счёт её внутренней конверсии в энергию электронно-дырочных пар, а электронные подсистемы, флуктуируя по заряду и спину, удерживают эти электронно-дырочные пары в наночастицах.

Впервые развиты применения ряда теоретических методов (матриц плотности, нелокальных функционалов плотности, квантовой топологии плотности) к задачам описания электронных квантовых диссипативных наноструктур и процессинга многоуровневых биомиметических наносистем. В частности, описаны три типа релаксационных электронных связей атомов (а, Р, у) в диссипативных биомиметических наносистемах с топологическим графом связей Гару, задающих квантовые диссипативные наноструктуры.

Впервые разработаны компьютерные методы имитирования квантовой релаксации биомиметических наносистем, созданы алгоритмы программных комплексов «Компьютерная нанотехнология (КомпНаноТех)» и «Компьютерный наноинжиниринг», получивших государственную регистрацию программного обеспечения.

Впервые проведено систематическое компьютерное исследование квантовых диссипативных наноструктур водорода в процессах самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем радикалов и бирадикалов водорода, а также водородных связей в воде.

Впервые проведено систематическое компьютерное исследование квантовых диссипативных наноструктур углерода в процессах самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем углеродных наногелей и графеновых нанолистов.

Впервые проведено систематическое компьютерное исследование квантовых диссипативных наноструктур переходных (титан, никель) и благородных (серебро) металлов в процессах самосборки и самоорганизации фрактальных и кластерных биомиметических наносистем.

Впервые рассмотрен компьютерный наноинжиниринг многоуровневой самосборки и самоорганизации биомиметических электродов-катализаторов водородных топливных наноэлементов из нанографена, наногелей углерода, наночастиц никеля и активированных бирадикалов водорода.

Практическая ценность работы

Результаты диссертационной работы могут быть использованы для прогнозирования самосборки и самоорганизации нового типа адаптивных интеллектуальных биомиметических наносистем и наноустройств в режиме нанотехнологий импульсного когерентного фемто-секундного процессинга неравновесных наночастиц металлов, полупроводников и неметаллов.

В диссертации приведён ряд выводов, касающихся закономерностей квантовой релаксации, пространственно-временных структур аттракторов стационарных неравновесных состояний биомиметических наносистем. Эти выводы могут быть применены для разработки технологических режимов фемтосекундного процессинга при создании защитных биомиметических покрытий, мембран, аккумуляторов водорода, электродов-катализаторов топливных элементов на основе активированного водорода, наногелей и нанографена углерода, фрактальных и кластерных частиц серебра, титана и никеля. Результаты работы могут быть использованы для исследования более широкой наноэлементной базы, позволить в дальнейшем модифицировать, улучшать эксплуатационные характеристики биомиметических материалов по сравнению с имитируемыми биосистемами.

В диссертации развита теоретическая основа компьютерных методов наноинжиниринга биомиметических наносистем и созданы для проведения имитационных экспериментов программные комплексы «КомпНаноТех» и «Компьютерный наноинжиниринг», с помощью которых в учебном процессе решаются познавательные и творческие задачи в ряде образовательных программ в системе подготовки и переподготовки профессиональных кадров для индустрии наносистем. Они реализованы как виртуальная интерактивная среда имитационных опытов, формируемая высокопроизводительными компьютерами на базе АлтГТУ им. И.И. Ползунова и АлтГУ (г. Барнаул).

Достоверность результатов исследования

Достоверность полученных результатов базируется на физической обоснованности используемых в диссертационной работе методов теории квантовой релаксации диссипативных систем, термополевой динамики и квантово-полевой химии конденсированного состояния. Моделирование наносистем проведено с использованием апробированных межатомных потенциалов, рассчитанных методом функционала плотности. Корректность параметров потенциалов подкреплена сопоставлением с известными литературными данными. Ряд полученных результатов для фемтосекундных трансформаций наночастиц металлов, свободного графена, полиаморфных превращений льда качественно и количественно совпадают с данными натурных экспериментов.

Личный вклад автора состоит в развитии научного направления и постановке задач, решение которых составляют положения, выносимые на защиту. Автору принадлежит основная роль в выборе теоретических методов исследования, построения алгоритмов программных комплексов, проведении модельных расчётов, в анализе, интерпретации результатов, формулировке выводов. Все результаты исследований получены и опубликованы при определяющем участии автора диссертации.

Работа выполнена в рамках приоритетного направления науки, технологий и техники РФ «03. Индустрия наносистем и материалов» и критических технологий РФ «07. Нанотехнологии и наноматериалы» (Указ Президента РФ, 2006 г.), приоритетного направления науки, технологий и техники РФ «02. Индустрия наносистем» и критических технологий РФ «07. Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий», а также «8. Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии» (Указ Президента РФ, 2011 г.) при поддержке программ Федерального агентства по образованию и Министерства Образования и Науки РФ (№ 01.2.006 06607; № 01 2009 57020; № 01201171592 ), грантов РФФИ (№08-08-00053 а; №10-08-98000-рсибирьа; № 11-03-98037-рсибирьа; № 11-08-92205-Монга), гранта Президента РФ (МК - 2077. 2007.3).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и списка использованной литературы (227 наименований). Работа изложена на 330 страницах, включая 8 таблиц и 88 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Жуковский, Марк Сергеевич

8.4 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 8

На основе проведенных в восьмой главе исследований можно сделать следующие основные выводы:

1. Используя свойства неравновесный стационарных аттракторов биомиметических наносистем графена, наногелей углерода, нанофракталов никеля-катализатора и бирадикальных димеров водорода можно построить алгоритм компьютерного наноинжиниринга самосборки и самоорганизации многоуровневого биомиметического устройства - электрода-катализатора водородного топливного элемента. Суть алгоритма сводиться к трём этапам:

• последовательное формирование субмикронных пор в аморфном углероде с помощью нанолистов графена.

• заполнение пор гелями наноалмаза с клеточно-матричной наноструктурой

• адсорбирование внутри нанопор углеродного геля фрактальных наночастиц катализатора никеля.

Алгоритм можно реализовать в случае применения импульсных лазерных источников фемтосекундного диапазона с целью инициирования и поэтапного процессинга монтажа наноустройств в условиях жидкой среды диссипативной системы конденсированного состояния.

2. Исследование самого сложного заключительного этапа монтажа -неравновесного формирования в нанопорах геля углерода Гр -фрактальных активных центров биомиметических наночастиц никеля показало следующее. Сформированный в модели «случайного дождя» нанокластер 2479 атомов никеля в течение 30 пс прошёл фемтосекундную квантовую релаксацию по схеме самосборки и самоорганизации типа Гу —» Гр -» Г'р до устойчивого аттрактора с морфологией нанодендрита и с высокой энергонасыщенностью 190 кДж/моль по сравнению с плотноупакованным монокристаллом никеля. С ростом температуры процесса релаксации энергонасыщенность кластеров растёт, как и амплитуда флуктуаций энергии при диссипации. Увеличение температуры сТ = 300 КдоТ = 900 К приводит к существенному росту энергонасыщенности биомиметического кластера на 25 кДж/моль.

3. Исследование димерного №2 активного центра на поверхности Гр -нанодендрита никеля и его биомиметической наносистемы с бирадикалом водорода №2Н2 в методе термодинамических потенциалов позволило оценить электронный, вибрационный, вращательный и трансляционный вклады в их устойчивость. Основной вклад в изменение термодинамических потенциалов даёт изменение трансляционных степеней свободы частиц внутри нанопоры. Это основное специфическое отличие биомиметических химических реакций от аналогов в инфинитном реакционном объёме. Основной вклад в захват димером никеля бирадикала водорода даёт изменение внутренней энергии ЛИ = - 283 кДж/моль, вклад энтропии ТДБ = 8 кДж/моль при Т = 298 К; итого изменение свободной энергии составило: ДБ = ДИ-ТД8 = - 291 кДж/моль.

4. С учетом морфологических особенностей многоуровнего строения биомиметического анодного электрода водородного топливного элемента построена принципиальная схема компьютерного моделирования механизма адсорбции, активации, дезактивации бирадикалов водорода внутри нанопор углерод-никелевого нанокомпозита, детально проанализированы основные стадии процессинга.

5. Сформировав адсорбат активированного водорода на поверхности углеродного наногеля, бирадикалы водорода могут генерировать высокую электронную плотность тока в топливном элементе. Электрохимическая схема генерации высокой плотности электронного тока в случае щелочного или кислотного электролита в процессе окисления бирадикалов водорода на биомиметическом аноде инициируется при участии катионов Н30+ или анионов ОН", соответственно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В инжиниринге нанотехнологий нового поколения упор будет сделан на сложные квантово-размерные эффекты, проявляющиеся в процессах импульсного фемто- и аттосекундного процессинга с помощью когерентных источников квантового излучения вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена - лазеров на свободных электронах. Принципиальные проблемы создания этих компактных наноинструментов преодолимы. Они обеспечат прорывное развитие в области индустрии наносистем, имитирующих и превосходящих по сверхадаптивным, энергетическим и интеллектуальным ресурсам известные природные и искусственные наноустройства.

В диссертационной работе в рамках фундаментальных теоретических концепций систематически разработаны общие представления о механизмах генезиса и процессинга биомиметических наносистем в результате появления релаксационных квантовых диссипативных наноструктур, представлен анализ результатов решения с помощью программных комплексов ряда задач фемтосекундного процессинга биомиметических наносистем, включающих активированный водород, наногели и нанографен углерода, фрактальные и кластерные наночастицы благородных и переходных металлов. В заключение дадим краткий обзор основных теоретических выводов работы.

Наносистемные процессы в биомиметических нанотехнологиях нового поколения не могут однозначно управляться внешними термодинамическими переменными. Потому что они способны сложно корпоративно самоуправляться внутренними скрытыми кинематическими переменными, активируемыми на очень короткие фемто- и аттосекундные интервалы времени в нанометровых областях скоррелированного движения биомиметических наночастиц. Фемтосекундная корпоративная кинетика определяет процессы самосборки и самоорганизации биомиметических наносистем. Они высоко адаптивны к изменению внешних условий за счёт сложной мультикинетики релаксации из энергонасыщенных активированных неравновесных состояний. Для их процессинга в данной диссертационной работе проведено систематическое детальное научное исследование фундаментальных основ наноинжиниринга и, в частности, компьютерных методов имитирования квантовой релаксации биомиметических наносистем.

В работе развит подход, основанный на концепции доминирования фундаментальных квантовых диссипативных наноструктур в адаптивном поведении биомиметических наносистем и исходной идеи реализации фемто-секундного процессинга наносистем на принципах их самоконтроля и самоуправления скрытыми квантовыми кинематическими переменными степеней свободы составных квантовых электронных квазичастиц.

На основе проведенных исследований можно выделить следующие общие выводы по всей диссертационной работе:

1. В зонах субфемтосекундных атомных превращений квантовая релаксация неравновесных биомиметических наносистем в условиях фемтосекундной диссипации энергии обладает рядом признаков биосистем, такими как: спонтанная аттосекундная атомно-молекулярная самосборка наночастиц, фемтосекундная самоорганизация систем наночастиц в микрочастицы клеточного типа, пикосекундная мультикинетическая релаксация наночастиц к различным по морфологии и химическому составу неравновесным энергонасыщенным стационарным аттракторам. При этом формируется иерархическое трёхуровневое строение неравновесного вещества: атомная частица - биомиметическая наночастица - клеточная микрочастица.

2. В кинетике биомиметических наносистем существуют три фундаментальных физико-химических механизма процессов квантовой релаксации биомиметических наносистем: унитарно-эквивалентого ип(0 = ехр(-Шп/Ь), унитарно-неэквивалентного Ьт(1:) = ехр(-кНТТЙ) и неунитарно-эквивалентного ЛПТ(1:) = ехр(-кНпТ/Ь) сдвигов времени эволюции. Последние два механизма нарушают унитарно-эквивалентную обратимую эволюцию открытой биомиметических наносистем, формируя мультикинетический тип квантовой релаксации.

3. Мульти-кинетический тип квантовой релаксации биомиметической наночастицы характеризуется по-стадийной формой. Каждая стадия состоит из последовательности двух связанных между собой элементарных актов. Акт первый — когерентная внутренняя конверсия энергии наночастицы в энергию экситонной флуктуации. Акт второй — это диссипация энергии экситонной флуктуации наночастицы во внешнюю диссипативную систему конденсированного состояния.

4. В наносистеме биомиметических наночастиц существует иерархия трёх топологических графов электронных связей атомов Га(3у = Га + Г(3. + Гу электронной квантовой диссипативной наноструктуры. Релаксационные а-, Р-, у- взаимодействия имеют следующий физико-химический смысл: а — связи электронных взаимодействий между разными ядрами (р-вершинами, р = 1, 2,., В) внутри В-ядерной мономерной биомиметической наночастицы; р — связи электронных взаимодействий между разными мономерными наночастицами (ц-вершинами, ц = 1, 2, М) в М-мерном биомиметическом нанокластере; у — связи диссипативных энергетических взаимодействий наночастиц и нанокластеров (\у-вершинами, = 1, 2,., посредством взаимного обмена энергией через диссипативную систему конденсированного состояния в \У-мерном наноассоциате. Энергия а-, Р-, у-взаимодействий рассчитывается методом нелокального, зависящего от графа ГаРу , функционала плотности.

5. Самоорганизация биомиметических микрочастиц - это процесс когерентного трансформирования конфигурации ядер Щ1) между последовательными точками бифуркации Кл -> ЩЧ) -> Это - стадия внутренней конверсии энергии ядер в энергию экситонных флуктуаций. Характер движения - неадиабатический. Длительность стадии -фемтосекунды. Размер биомиметической микрочастицы - микроны.

6. Самосборка атомов биомиметических наночастиц - это процесс спонтанного трансформирования квантовой диссипативной наноструктуры Га(Зу(Ш) -> Г'а(Зу(Ш) электронных связей атомов в бифуркационной точке Ш Это - стадия диссипации энергии экситонных флуктуаций. Характер движения - адиабатический. Длительность стадии - десятки аттосекунд. Размер биомиметической наночастицы - нанометры.

7. Субфемтосекундные процессы самосборки и фемтосекундные процессы самоорганизация образуют цепную эстафету взаимообусловленых трансформаций электронных и ядерных компонент биомиметических наносистем. На некоторых этапах релаксации эта эстафета в течение пико- и наносекундных периодов времени жизни задерживается в вырожденных активированных мультиплетных состояниях релаксационных аттракторов, адаптируясь к внешним условиям квантовой релаксации без рассеяния энергии в диссипативную систему конденсированного состояния.

8. Субфемтосекундные импульсные лазерные воздействия способны генерировать и проводить процессинг биомиметических наносистем в конденсированном состоянии. Фемтосекундная релаксации формирует квантовые диссипативные наноструктуры биомиметических наносистем. В диапазоне атто- и фемтосекундных процессов для биомиметических наночастиц основным является экситонный канал диссипации энергии.

9. Учёт влияния температуры Т, нуклеарности В, тензора обратной массы М-1, эффектов неадиабатичности, энергии связи электронных а-, (3-, у-взаимодействий на темп времени квантовой релаксации т и трансформации 880(т) позволил разработать разностную схему алгоритма программ компьютерного моделирования квантовой релаксации биомиметических наносистем. На основе этих алгоритмов были разработаны и успешно применены для решения задач имитации наноинжиниринга и процессинга биомиметических наносистем программные пакеты «Компьютерная нанотехнология» и «Компьютерный наноинжиниринг».

10. Найдено, что для стационарного аттрактора биомиметической наночастицы атома водорода вклад би-ионных состояний (Н+Н-) составляет 5%, а вклад компактного радикала атома водорода НО — 95% . При этом аттрактор с диаметром квантово-размерного Н-атома 0.32 нм и с энергией связи 26 кДж/моль, близок к типичным линейным размерам и энергии растворённых атомов водорода в гидридах материалов.

11. Показано, что в аморфных структурах высокой плотности и низкой плотности льда различается состав биомиметических наночастиц молекул воды, а также соотношение а- и (3- электронных водородных связей атомов в графе Га|3у. Найденые средние размеры наночастиц в этих двух аморфных фазах льда дали величину скачка плотности 16% при полиаморфном переходе, близкую к экспериментальному значению (20%).

12. Найдены зависимости параметров аттракторов аккумулирования бирадикалов водорода в нанотрубке углерода от температуры и концентрации: энергия обратимой адсорбции проходит через максимум при изменении концентрации, который уменьшается с ростом температуры. Бирадикалы водрода, имея высокую химическую активность, законсервированы в одностенной нанотрубке, так как они спонтанно не дезактивируется в мономер: (НН)(3 —> (НН)а в отсутствие катализаторов в силу запрета по спиновой симметрии для этой реакции на углероде нанотрубки.

13. Квантовая релаксация формирует устойчивый аттрактор биомиметического нанографена со слабовыраженной «горно-долинной» морфологией, в среднем, за время 10 пс при длительности стадий фемтосекундных диссипации 6 фс. С ростом температуры увеличивается время выхода на устойчивый аттрактор, при этом значение минимальной энергии возбуждения, уровень флуктуаций и амплитуда искажений возрастает. Выявлено, что число вакансий существенно влияет на энергетические характеристики, но не геометрические параметры листа нанографена. •

14. Существует три основных типа устойчивых аттракторов квантовой биомиметической релаксации наногелей алмазных наночастиц: «рыхлый гель», «матрично-клеточный гель», «твёрдый гель». Получено согласие по фрактальной размерности результатов компьютерного имитационного эксперимента в области низких концентраций «рыхлого наногеля» углерода с данными экспериментов в области низкоконцентрированных коллоидов гидрозолей наноалмазов и смесей взрывных наноалмазов.

15. Модели синтеза «сверху-вниз» и «снизу-вверх» биомиметических активных наночастиц серебра имитируют синтез на поверхности полимерно-микроволокнистых носителей активных бактерицидных центров. Показано, что оба типа наносистем имеют существенные морфологические и энергетические отличия. Энергонасыщенность устойчивых активных центров способствует инициированию на их поверхности протекания элементарных химических реакций и формированию бактерицидных наноструктур серебра на полимерных микроволнистых носителях.

16. Фрактальные кластеры никеля, синтезированные «снизу-вверх» в нанопорах, формируют никелевые биомиметические покрытия и катализаторы. Полученные бимиметическим синтезом «сверху-вниз» мономеры наночастиц никеля в широком диапазоне нуклеарности, форм и температур имеют ряд специфических физико-химических свойств: изомерию форм «кубоид - сфероид», бифуркации форм кубоидов в ходе биомиметической кинетики, ступенчатость изменения режима релаксации при программированном пикосекундном резком изменении температуры, потерю формы в результате пикосекундного воздействия фемтосекундного когерентного УФ-лазера или высоких температур.

17. Полученные бимиметическим синтезом «сверху-вниз» мономеры наночастиц титана в широком диапазоне нуклеарности, форм и температур имеют существенные отличия от никеля - у них нет температурной неустойчивости симметричных форм наночастиц.

18. Используя свойства стационарных аттракторов биомиметических систем графена, наногелей углерода, нанофракталов никеля-катализатора и бирадикалов водорода, построен алгоритм компьютерного наноинжиниринга самосборки и самоорганизации многоуровневого биомиметического устройства - электрода-катализатора водородного топливного элемента. Алгоритм можно реализовать в случае применения импульсных лазерных источников фемтосекундного диапазона с целью инициирования и поэтапного монтажа наноустройств в условиях жидкой диссипативной системы конденсированного состояния.

Основные моменты, свидетельствующие о достоверности проведенного исследования на основании сравнения с результатами экспериментов, могут быть сведены к нижеследующему списку перечислений.

1. Устойчивый аттрактор с диаметром квантово-размерного Н-атома 0.32 нм и с энергией связи 26 кДж/моль близок к типичным линейным размерам и энергии растворённых атомов водорода в гидридах материалов.

2. Найденные средние размеры наночастиц воды в двух аморфных фазах льда: 1 нм (низкая плотность) и 35 нм (высокая плотность) дали величину скачка плотности 16% при полиаморфном переходе близкую к экспериментальному значению (20%).

3. Рассчитанный нами методом нелокального функционала плотности межатомный потенциал электронных а-связей атомов в мономере графена правильно воспроизводит его энергию атомизации - 6.40 эВ/ат .

4. Получено хорошее согласие по величинам фрактальной размерности результатов компьютерного имитационного эксперимента в области низких концентраций «рыхлого наногеля» углерода с данными экспериментов в области низкоконцентрированных коллоидов гидрозолей наноалмазов и смесей взрывных наноалмазов.

5. Существование цитоскелетов биологических клеток, построенных из тубуленов, подтверждает возможность формирования клеточно-матричных гелей, построенных по аналогичному типу на основе наночастиц алмаза.

6. Полученные характеристики двух типов устойчивых аттракторов наночастиц серебра в условиях активации УФ-излучением на поверхности углеродного полимера хорошо согласуются по своим параметрам с данными реального эксперимента.

7. Трансформация «облучённого» нанобруска никеля в сферическую наночастицу осуществляется за время в сотни пикосекунд, что согласуется по порядку величины с результатами натурного эксперимента применения лазерного импульсного УФ-излучения.

8. Трансформация высокосимметричных исходных форм мономеров никеля, выраженная в том, что нанопирамида никеля теряла устойчивость и переходила в сфероид в узкой области изменения температур от 700К до 900 К, согласуется с данными экспериментов.

Создание инновационной наноиндустрии нового поколения требует ускоренной подготовки компетентных специалистов для развития базовой триады наноиндустрии: нанонауки — наноинжиниринг — нанотехнологии.

Основная проблема, решение которой рассмотрено в диссертации, это -разработка новых принципов и методов применения имитационных компьютерных комплексов для обеспечения развития базовой триады наноиндустрии нового поколения в области биомиметических наносистем. Только такие ресурсы позволят создать унифицированную платформу познавательной и творческой деятельности в этом направлении [224-227].

Основой новых нанотехнологий будут субфемто- и аттосекундные методы генерации и процессинга неравновесных наносистем материалов. Фемто-импульсные методы являются многообещающими при решении ряда до сих пор неразрешимых проблем в области самосборки и самоорганизации биомиметических наноустройств, имитирующих и превосходящих многие функциональные признаки типичных биосистем, но созданных на основе использования наноэлементной базы, включающей наночастицы металлов, полупроводников и неметаллов, графен и его аналоги, нанотрубчатый и нанофрактальный углерод, нанополимеры и т.д. Использование более широкой наноэлементной базы позволяет модифицировать и улучшать эксплуатационные функциональные характеристики биомиметических систем материалов по сравнению с имитируемыми биосистемами.

Совмещение этапов развития научных знаний с формированием контингента их разработчиков в сфере наноинжиниринга биомиметических наноматериалов и устройств потребует разработки новых когнитивных методов. Это связано с тем, что каждому субъекту научного поиска или обучения придется совершать ряд качественных «скачков» восприятия и понимания сложных многофакторных эффектов релаксационных нелинейных процессов самосборки и самоорганизации квантовых диссипативных наноструктур биомиметических материалов и устройств. Эти процессы имеют многоуровневый характер и корпоративно идут на различающихся в десятки миллионов раз временных и пространственных масштабах. Для нанотехнолога звеном познавательного и творческого процессов становится работа в виртуальной среде интерактивного имитационного эксперимента, формируемого высокопроизводительными компьютерами.

Для решения таких когнитивных и креативных задач исследования и применения высокоскоростного процессинга биомиметических наносистем нами были разработаны мультимедийные пакеты программ «Компьютерный наноинжиниринг» и «Компьютерные нанотехнологии - КомпНаноТех». Эти пакеты позволяют решать не только научно-исследовательские, но и учебно-методические задачи подготовки специалистов в области нанонаук и наноинжиниринга нового поколения.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Жуковский, Марк Сергеевич, 2012 год

1. Stratakis, Е. Biomimetic micro/nanostructured functional surfaces for microfluidic and tissue engineering applications, Biomicrofluidics. 2011 Mar 30;5(1):13411.

2. Xia, F. Adv. Mater / Xia F., Jiang L. // Weinheim, Ger. 2008. - Vol. 20.-P. 2842-2851.

3. Shiu J.Y., Kuo C.-W., Chen P., Mou С.Y. Fabrication of Tunable Superhydrophobic Surfaces by Nanosphere Lithography // Chem. Mater. 2004. -Vol. 16.-P. 561 -582.

4. Bartlett, P.N. Electrochemical Fabrication and Optical Properties of Gold Nanocavities // P.N. Bartlett, J.J. Baumberg, PR. Birkin, M.A. Ghanem, M.C. Netti // Chem. Mater. 2002. - № 14. - P. 2199.

5. Woodward, W. C. Superhydrophobic surfaces produced by plasma fluorination of polybutadiene films / W.C. Woodward, E. Schofield, V. Roucoules, J.P.S. Badyal // Langmuir. 2003. - Vol. 19, № 8. - P. 3432 - 3438.

6. Martines, E. Super hydrophobicity and super - hydrophilicity of regular nanopatterns / Martines E., Seunarine K., Morgan H., Gadegaard N., Wilkinson C., Riehle M. // Nano letters. - 2005. - Vol. 5. - P. 2097 - 2103.

7. Lau, K. K. S. Superhydrophobic Carbon Nanotube Forest Bico / Lau К. K. S. Тео K.B.K., Chhowalla M., Amaratunga G.A. J., Milne W.L, McKinley G.H., Gleason K.K. // Nano Lett. 2003. - Vol. 3. - P. 1701 - 1705.8. http://ru.wikipedia.org/wiki/HaHO(^K>HAHKa

8. Stratakis, E. Laser based micro/nano -engineering for biological applications / Stratakis, E., Ranella A., Farsari M., M. Fotakis // Progress in Quantum Electronics. 2009. - Vol. 33, №. 5. - P. 127 - 164.

9. Zorba, V. Silicon electron emitters fabricated by ultraviolet laser pulses / V. Zorba, P. Tzanetakis, C. Fotakis, E. Spanakis, E. Stratakis, D.G. Papazoglou, I. Zergioti //Appl. Phys. Lett. 2006. -№ 88. -P.81 - 103.

10. V. Zorba, Ph.D. thesis, University of Crete, 2007.

11. Her, Т.Н. Microstructuring of silicon with femtosecond laser pulses / Т.Н. Her, R. J. Finlay, C.Wu. S. Deliwala, E. Mazur // Appl. Phys. Lett. 1998. -№73. -P. 1673 -1675.

12. Barberoglou, M. Appl. Surf / M. Barberoglou, V. Zorba, E. Stratakis, E. Spanakis, P. Tzanetakis, S.H. Anastasiadis, C. Fotakis // Sci. 2009. - № 255. -P. 5425.

13. Zorba, V. Ultraviolet femtosecond, picosecond and nanosecond laser microstructuring of silicon: structural and optical properties / V. Zorba, N. Boukos, I. Zergioti, C. Fotakis //Appl. Opt. 2008. - № 47. - P. 1846 - 1850.

14. Гарновский, А. Д. Современные аспекты синтеза металлокомплексов / Гарновский А.Д., Васильченко И.С., Гарновский Д.А. -Ростов -на -Дону : ЛаПО, 2000. 354 с.

15. Гарновский, А. Д. Молекулярный дизайн координационных соединений металлов с азометиновыми лигандами / Гарновский А.Д., Васильченко И.С. // Успехи химии. 2002. - Т. 71, № 11. - С. 1064 - 1089.

16. Jewett, М.С. In vitro integration of ribosomal RNA synthesis, ribosome self-assembly and protein synthesis / M.C. Jewett // Nature. 2001 -Vol. 409.-P. 387-390.

17. Градов, О.В. Новые подходы в синтетической биологии и биомиметике Электронный ресурс. / Градов О.В., Градова М.А. М. : Моск. Гос. обл. ун -т. - Режим доступа : http:// www.tele-conf.ru/files/TCl/gradov. doc. - Загл. с экрана.

18. Smits, E. Bottom -up organic integrated circuits / E. Smits, S. Mathijssen, P. Van Hal, S. Setayesh, T. Geuns, K. Mutsaers // Nature. 2008. -Vol. 455, N. 7215.-P. 956-959.

19. Ролдугин, В.И. Самоорганизация наночастиц на межфазных поверхностях / Ролдугин В.И. // Успехи химии. 2004. - Т. 73, № 2. - С. 123 -156.

20. Lenhert, S. Cover Picture: Massively Parallel Dip-Pen Nanolitography of Heterogeneous Supported Phospholipid Multilayer Patterns / S. Lenhert, P. Sun, Y. Wang, H. Fuch, C. Mirkin // SMALL. 2007. - Vol. 3. - P. 71.

21. Wimmer, E. Synthetic viruses: a new opportunity to understand and prevent viral disease / E. Wimmer, S. Mueller, T.M. Tumpey, J.K. Taubenberger // Nature Biotechnology. 2009. -№ 27 (12). - P. 1163 - 1172.

22. Holmes, D. Snapping Surfaces Advanced / Holmes Douglas, Crosby Alfred J. // Materials. 2007. - Vol. 19. - P. 3589 -3593.

23. Drexler, K.E. Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. New York: Anchor Press/Doubleday 1986. - 291 p.

24. Drexler, K.E. Nanosystems Molecular Machinery, Manifacturing, and Computation. N.Y. : Jon Wiley&Sons, Inc. - 1992. - 556 p.

25. Киттель, Ч. Статистическая термодинамика / Киттель Ч. М. : Наука, 1977.-336 с.

26. Майер, Дж. Статистическая механика /' Майер Дж., Гепперт, Майер М. М. : Мир, 1980. - 544 с.

27. Эйринг, Г. Основы химической кинетики / Эйринг Г., Лин С.Г., Лин С.М. М. : Мир, 1983. - 528 с.

28. Лавенда, Б. Статистическая физика / Лавенда Б. М. : Мир, 1999. -432 с.

29. Гленсдорф, П. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций / Гленсдорф П., Пригожин И. М. : Мир, 1973. -280 с.

30. Балеску, Р. Равновесная и неравновесная статистическая механика : в 2 т. / Р. Балеску; пер. с англ. Д.Н. Зубарева, Ю.Л. Климонтовича. М.: Мир, 1978. - Т. 1.-405 е.: ил.; Т. 2.-399 е.: ил.

31. Николис Г. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации : пер. с англ. / Николис Г., Пригожин И. М. : Мир, 1979. - 512 с.

32. Хакен, Г. Синергетика / Хакен Г. М. : Мир, 1980. - 406 с.

33. Эйген, М. Гиперцикл: принципы самоорганизации макромолекул / Эйген М., Шустер Г. М. : Мир, 1982. - 270 с. : ил.

34. Хакен, Г. Синергетика : сб. статей : пер. с англ. / Хакен Г., Мисра Б., Пригожин И. и др. М. : Мир, 1984. - 248 с.

35. Хакен, Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах / Хакен Г. М. : Мир, 1985. -423 с. : ил.

36. Шустер, Г. Детерминированный хаос / Шустер Г. М. : Мир, 1988.-253 с.

37. Николис Г. Познание сложного: введение / Николис Г., Пригожин И. ; пер. с англ. Пастушенко В.Ф. М. : Мир, 1990. - 344 с.

38. Хакен, Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным явлениям / Хакен Г. М. : Мир, 1991. - 240 с. : ил.

39. Безносюк, С.А. Многоуровневое строение, физико -химические и информационные свойства вещества / Безносюк С.А., Потекаев А.И., Жуковский М.С., Жуковская Т.М., Фомина Л.В. Томск : Изд -во НТЛ, 2005. - 264 с.

40. Нанонаука и нанотехнологии: энциклопедия систем жизнеобеспечения / Моск. гос. техн. ун -т им. Н.Э. Баумана; ред. О.О. Аваделькарим ; гл. ред. : Чуньли Бай, С.П. Капица. М. : Магистр - Пресс : Изд -во ЮНЕСКО : EOLSS, 2009. - 1040 с.

41. Пул, Ч. (мл). Нанотехнологии : учеб. пособие : пер. с англ. / Пул Ч. (мл.), Оуэне Ф. Изд 4 -е, испр. и доп. - М.: Техносфера, 2009. - 336 с.

42. Суздалев, И.П. Нанотехнология: Физико -химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / Суздалев И.П. Изд. 2 -е, испр. - М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 592 с.

43. Лен, Ж. -М. Супрамолекулярная химия: концепции и перспективы / Лен Ж. -М. Новосибирск : Наука. СО РАН, 1998. - 334 с.

44. Гусев, А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства / Гусев А.И. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 199 с.

45. Сергеев, Г.Б. Нанохимия / Сергеев Г.Б. 2-е изд. - М. : Изд -во МГУ, 2007. - 336 с.

46. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / Гусев А.И. М. : Физматлит, 2005. - 416 с.

47. Жуковский, М.С. Теоретические основы компьютерного наноинжиниринга биомиметических наносистем / Жуковский М.С., Безносюк С.А., Потекаев А.И., Старостенков М.Д. Томск : Изд -во НТЛ, 2011.-236 с.

48. Lerner, E.J. Biomimetic nanotechnology / E.J. Lerner // The Industrial Physicist.-2010.-№ 4.-P. 16- 19.

49. Atomistic Structure of Monomolecular Surface Layer Self -Assemblies: Toward Functionalized Nanostructures / Christine Horejs etc.// ACS Nano. 2011. - № 3. - P. 2288-2297.

50. Horejs, C. Ivlonte Carlo study of the molecular mechanisms of surface-layer protein self-assembly / Christine Horejs etc. // J Chem Phys. -2011.-№12.-P. 125103.

51. Whitesides, G.M. Molecular engineering of surfaces using self -assembled monolayers / G.M.Whitesides // Science Progress. 2005. - № 5. - P. 17-48.

52. Xiu ,Dong Yang. Biomimetic Coating on Titanium Metal and Its Excellent Cell Proliferation / Dong Yang Xiu etc. // Key Engineering Materials. -2007.-Vol. 19.-P. 613-616.

53. Vanderhoff, A. Experimental study of a metal hydride driven braided artificial pneumatic muscle /А. Vanderhoff, J. K. Kwang // Smart Mater. Struct. -2009.-Vol. 18. -C. 125014- 125024.

54. Zewail, A.H. Femtochemistry. Atomic scale dynamics of the chemical bond using ultrafast lasers / A.H. Zewail ; Ingmar Grenthe etc.. -Singapore : World Scientific Publishing Co., 2003. - 476 p.

55. Умэдзава, X. Термополевая динамика и конденсированные состояния : пер с англ. / Умэдзава X., Мацумото X., Татики. М. : Физматлит, 1985.-509 с.

56. Безносюк, С.А. Электронная теория активных центров микроструктурных превращений материалов: дис. . докт. ф.-м. наук / С.А. Безносюк. Томск, 1993. - 180 с.

57. Beznosjuk, S.A. Approximating Quasiparticle Density Functional Calculations of Small Active Clusters: Strong Electron Correlation Effects / S.A. Beznosjuk etc. // Int. J. Quant. Chem. 1990. - № 6. - C. 779 - 797.

58. Beznosjuk, S.A. Density Functional Calculation of Transition Metal Cluster Energy Surfaces Clusters: Strong Electron Correlation Effects / S.A. Beznosjuk, R.D. Dajanov, A.T. Kuldjanov // Int. J. Quant. Chem. 1990. - № 5. -C.691 -698.

59. Безносюк, С.А. Квантовая реология и конфайнмент электронов в наноструктурах конденсированного состояния / С.А. Безносюк // Известия вузов. Физика. 1994. - Т. 37, № 8. - С. 60-68.

60. Безносюк, С.А. Концепция квантовой топологии наноструктур конденсированного состояния / С.А. Безносюк // Известия вузов. Физика. -1996.-Т. 39, №5. -С.111 124.

61. Beznosyuk, S.A. Electron swarming in carbon nanostructures / S.A. Beznosjuk, M.S. Beznosjuk, D.A. Mezentsev // Сотр. Material Science. 1998. -Vol. 36, №5 -6. -P. 717-719.

62. Безносюк, С.А. Информация склеек и компьютерная нанотехнология вещества / Безносюк С.А., Безносюк М.С., Жуковская Т.М. // Известия АГУ. 1998. - N 4. - С. 43 - 45.

63. Beznosyuk, S.A. Electron swarming in carbon nanostructures / S.A. Beznosjuk, M.S. Beznosjuk, D.A. Mezentsev // Сотр. Material Science. 1998. -Vol. 36, №5-6.-P. 717-719.

64. Безносюк, С.А. Влияние квантовой топологии кинематических связей на механизм наноструктурирования материалов / С.А. Безносюк, М.С. Жуковский, Т.М. Жуковская // Известия вузов. Физика. 2000. - Т. 43, № 112. -С. 14-19.

65. Безносюк, С.А. Наноструктурная самоорганизация термостатистических систем химических частиц / С.А. Безносюк, М.С. Жуковский, Т.М. Жуковская // Известия АГУ. 2001. - №3. - С.7 - 11.

66. Beznosyuk, S.A. Dissipative processes of information dynamics in nanosystems / S.A. Beznosjuk, A.V. Kolesnikov, D.A. Mezentsev, M.S.Zhukovsky // Materials Science & Engineering. 2002. - Vol. 19, № 1. - P. 91 -94.

67. Weiss, U. Quantum Dissipative Systems / U. Weiss. Singapore : World Scientific, 1993.-238 p.

68. Isar, A. Open quantum systems / A.Isar // Int. J. Mod. Phys. 1994. -№ 3. - P. 635 -714.

69. Ingarden, R.S. Information Dynamics and Open Systems: Classical and Quantum Approach / R.S. Ingarden, A. Kossakowski, M. Ohya. New York: 1997.-320 p.

70. Accardi, L. Quantum Theory and Its Stochastic Limit / Accardi L., Lu Y.G., Volovich I.V. New York : Springer Verlag, 2002.

71. Attal, S. Open Quantum Systems: the Markovian Approach / Attal S., Joye A., Pillet C. -A.- Springer, 2006.

72. Tarasov, V.E. Quantum Mechanics of Non -Hamiltonian and Dissipative Systems / V.E. Tarasov. Amsterdam, Boston, London, New York : Elsevier Science, 2008. - 530 p.

73. Lindblad, G. On the generators of quantum dynamical semigroups / G. Lindblad // Commun. Math. Phys. 1976. - № 48. - P. 119 - 130.

74. Gorini, V. Completely positive dynamical semigroups of N-level systems / V. Gorini, A. Kossakowski, E. C. Sudarshan // J. Math. Phys. 1976. -№ 17.-P. 821 -825.

75. Lindblad, G. Non-Equilibrium Entropy and Irreversibility. Delta Reidel / G. Lindblad. Dordrecht etc.: Reidel, 1983.- 166 p.

76. Alicki, R. Quantum Dynamical Semigroups and Applications / Alicki R., Lendi K. Berlin : Springer Verlag, 1987.

77. Мулдахметов, M.M. Теория электронного строения молекул : (новые аспекты) / М.М. Мулдахметов, Б.Ф. Минаев, С.А. Безносюк. Алма -Ата : Наука, 1988. -216 с.

78. Рит, М. Наноконструирование в науке и технике. Введение в мир нанорасчета / Рит М. М. ; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. - 160 с

79. Камилов, И.К. Исследование фазовых переходов и критических явлений методами Монте Карло / И.К. Камилов ,А.К. Муртазаев, Х.К. Алиев // Успехи физических наук. - 1999. - № 7. - С. 773 - 795.

80. Ландау, Л.Д. Собрание трудов : в 2 т. Т. 1 / Ландау Л.Д. М. : Наука, 1969.-512 с.

81. Зубарев, Д.Н. Неравновесная статистическая термодинамика / Зубарев Д.Н. М. : Наука, 1971. - 415 с.

82. Боголюбов, Н.Н. Проблемы динамической теории в статистической физике / Боголюбов Н.Н. М. : Гостехиздат, 1946. - 102 с.

83. Пригожин, И. Неравновесная статистическая механика / Пригожин И. -М. : Мир, 1964. 316 с.

84. Боголюбов, Н.Н. Введение в квантовую статистическую механику / Боголюбов Н.Н., Боголюбов Н.Н. (мл.). М. : Наука, 1984. - 384 с.

85. Давыдов, А.С. Квантовая механика: учеб. пособие / Давыдов А.С. 3 изд., стереотип. - СПб. : БХВ - Петербург, 2011. - 704 с.

86. Гулд, X. Компьютерное моделирование в физике : в 2 т. Т. 2 / Гулд X., Тобочник Я. М. : Мир, 1990. - 400 с.

87. Физика простых жидкостей. Экспериментальные исследования / под ред. Темперли Г., Роулинсона Дж., Рашбрука Дж. М. : Мир, 1973. - 400 с.

88. Крокстон, К. Физика жидкого состояния. Статистическое введение / Крокстон К. ; под ред. А.Г. Башкирова, Н.В. Вдовиченко. М. : Мир, 1978.-400 с.

89. Evans, D.J. Nonequilibrium molecular dynamics via Gauss's principle of least constraint / D.J. Evans, W.G. Hoover, B.H. Failor, B. Moran, A.J.C. Ladd // Phys. Rev. A. 1983. - № 29. - P. 1016.

90. Allen, M.P. Computer simulation of liquids / Allen M.P., Tildesley D.J. Oxford : Clarendon Press, 1987. - 385 p.

91. Pang, T. An Introduction to Computational Physics / T. Pang. -Cambridge : Cambridge University Press, 2006 385 p.

92. Нейман, Дж. Теория самовоспроизводящихся автоматов / Нейман Дж.-М. : Мир, 1971.-381 с.

93. Wolfram, S. Twenty problems in the theory of cellular Automata / S. Wolfram // Physica Scripta. 1985. - T. 9. - P. 170 - 183.

94. Wolfram, S. Theory and Application of Cellular Automata / S. Wolfram. Singapore : World scientific, 1987. - 369 p.

95. Беркович, С.Я. Клеточные автоматы как модель реальности: поиски новых представлений физических и информационных процессов : пер. с англ. / Беркович С.Я. ; авт. предисл. В.И. Аршинов, Г.М. Лапир.- М. : Изд-во МГУ, 1993,- 110 с.: ил.

96. Абашева, Э.Р. Исследование и моделирование процессов кристаллизации с применением клеточных автоматов : автореф. дис. . канд. физ. мат. наук / Э.Р. Абашева. - Москва, 2007. - 18 с.

97. Toffoli, Т. Cellular Automata Machines: a New Environment for Modeling (Scientific Computation) / T. Toffoli, N. Margolus // Press Cambridge. -1987.-259 p.

98. Тоффоли, Т. Машины клеточных автоматов / Т. Тоффоли, Н. Марголус ; пер. с англ. П.А. Власова, Н.В. Барабанова ; под ред. Б.В. Баталова. -М. : Мир, 1991.-278 с.

99. Holland, J. Н. Adaptation in natural and artificial systems. An introductory analysis with application to biology, control, and artificial intelligence / J. H. Holland. London: Bradford book edition. - 1994. - 452 p.

100. Лобанов А.И. Модели клеточных автоматов / Лобанов А.И. // Компьютерные исследования и моделирование. 2010. - Т. 2, № 3. - С. 273 -293.

101. Oono, Y. Discrete model of chemical turbulence / Y Oono, M. Kohomoto // Phys. Rev. Lett. 1985. - Vol. 55, № 27. - P. 2927 - 2931.

102. Псахье, С.Г. Метод подвижных клеточных автоматов как новое направление дискретной вычислительной механики. I. Теоретическое описание / Псахье С.Г., Остермайер Г.П., Дмитриев А.И., Шилько Е.В.,

103. Смолин А.Ю., Коростелев С.Ю. // Физическая мезомеханика. -2000. -Т. 3, № 2. С. 5 - 13.

104. Псахье, С.Г. Интерпретация параметров метода подвижных клеточных автоматов на основе перехода к континуальному описанию / Псахье С.Г., Чертов М.А., Шилько Е.В. // Физическая мезомеханика. 2000. -Т. 3, № 3. - С. 93 -96.

105. Малинецкий, Г.Г. Применение клеточных автоматов для моделирования движения группы людей / Г.Г. Малинецкий, М.Е.Степанцов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2004. - Т. 44,№ 11.-С. 2108-2112.

106. Witten, Т.A. Diffusion -limited aggregation / Т.A. Witten, L. Sander // Phys. Rev. 1983. - № 27. - P. 5686 - 5697.

107. Безносюк, С.А. Многоуровневое строение, физико -химические и информационные свойства вещества / С.А.Безносюк, А.И.Потекаев, М.С.Жуковский, Т.М.Жуковская, Л.В.Фомина . 2 -е изд., перераб., испр. -Томск : Изд - во НТЛ, 2006. - 248 с.

108. Жуковский, М.С. Би -ионные и би -радикальные релятивистские субфемтосекундные квантовые флуктуации неравновесных наносистем / М.С. Жуковский, С.А. Безносюк // Ползуновский вестник. 2009. - №3. - С. 19-23.

109. Zurek, W.H. Decoherence and the Transition from Quantum to Classical / W.H. Zurek // Phys Today. 1991. - Vol. 44. - P. 36 - 44.

110. Moore, G.T. Scully Frontiers of Nonequilibrium Quantum / G.T. Moore, M.O. Scully // Statistical Physics. 1986. - Vol. 135. - P. 145 - 149.

111. Zurek, W.H. Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical / W.H. Zurek // Rev. Mod. Phys. 2003. - Vol. 75, № 3. - P. 715 -775.

112. Chudnovsky, E. M. Quantum Coherence and Decoherence in Magnetic Nanostructures Электронный ресурс. / E.M. Chudnovsky. Режим доступа : http://arxiv.org/abs/cond-mat/0006442vl

113. Averin, D.V. Macroscopic quantum coherence and quantum computing // Averin D.V., Ruggiero В., Silvestrini P. etc. 2001. - P. 183 - 193.

114. Менский, М.Б. Квантовые измерения и декогеренция. Модели и феноменология : пер с англ. / М.Б. Менский. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 232 с.

115. Жуковский, М.С. Физико-химические аспекты электронной теории и компьютерное моделирование мультиструктур наноматериалов: дис. . канд. хим.наук / М.С. Жуковский. Барнаул, 2004,- 180 с.

116. Beznosyuk, S.A. Density Functional Theory: Approximate Quasiparticle Density Functional / S.A.Beznosyuk, E.S. Kryachko // Int. J. Quant. Chem. 1984. - Vol. 25. - P. 645 -651.

117. Местечкин, M.M. Метод матрицы плотности в теории молекул / Местечкин М.М. Киев : Наукова думка, 1977. - 352 с.

118. Блум, К. Теория матрицы плотности и ее приложения / Блум К. ; пер. с англ. М.Ю. Новикова, Ю.Г. Рудого. М. : Мир, 1983. - 248 с. : ил.

119. Жуковский, М.С. Метод матриц плотности в теории процессинга открытых неравновесных наносистем / М.С. Жуковский, С.А. Безносюк // Изв. АлтГУ. 2010. - № 1 (65).-С. 127- 131.

120. Безносюк, С.А. Концепция атомов в теории функционала плотности и динамика эффективного бозе -конденсата / Безносюк С.А. // Журнал структурной химии. 1983. -Т.24,№3. - С.10 - 12.

121. Бейдер, Р. Атомы в молекулах. Квантовая теория / Бейдер Р. М. : Мир, 2001.-532 с.

122. Drexler, К.Е. Nanosystems: molecular mashinary, manufacturing, and Computation / Drexler K.E // New York: John Wiley @ Sons. Inc. 1992. - P. 556.

123. Lerner, E.J. Putting nanotubes to work / E.J. Lerner. New York: American Institute of Physics, 1999. - P. 22 - 25.

124. Kumar, E. Nanomaterials for the Life Sciences. V. 2: Nanostructured Oxides / Ed. by Kumar, Challa S. S. R. Weinheim: Wiley.VCH, 2009. - 507 p.

125. Фомин, А.С. Моделирование строения нано материалов на основе квантово - размерных частиц мезоуровня / А.С. Фомин, М.С. Жуковский, С.А. Безносюк // Известия вузов. Физика. - 2006. - Т. 49, N 7. - С. 66-68.

126. Жуков, В.П. Фемтосекундная динамика электронов в металлах / В.П. Жуков, Е.В. Чулков // Успехи физических наук. 2009. - Т. 179, № 2. - С. 113-146.

127. Умэдзава, X. Квантовая теория поля / Умэдзава X. М. : Изд -во иностр. лит., 1958. - 380 с.

128. Фок, В.А. Начала квантовой механики / Фок В.А. Изд. 5 -е, стереотип. - М. : Изд - во ЛКИ, 2008. - 376 с.

129. Бьёркен, Дж.Д. Релятивистская квантовая теория. Т. 1. Релятивистская квантовая механика / Бьёркен Дж.Д., Дрелл С.Д. М. : Наука, 1978.-296 с.

130. Безносюк, С.А. Особенности влияния упаковок атомов на фемтосекундные корпоративные трансформации металлических наночастиц /

131. С.В. Важенин, М.С. Жуковский, Т.М. Жуковская // Перспективные материалы. 2009. - № 7. - С. 39 -43.

132. Важенин, С.В. Эффекты бифуркаций и мультистабильности в квантовой химии металлических нанокластеров / С.В. Важенин, М.С. Жуковский, С.А. Безносюк // Известия АГУ. Химия. 2010. - N 3. - С.111 -120.

133. Zuttei, A. Materials for hydrogen storage / Zuttel Andreas // Materials Today. 2003. - № 9. - P. 24-33.

134. Walrafen, G.E. Raman spectral studies of water structure / G.E. Walrafen // J. Chem. Phys. 1964. - Vol. 40. - P. 3249 - 3256.

135. Walrafen, G.E. Raman spectral studies of the effects of temperature on water structure / G.E. Walrafen // J. Chem. Phys. 1967. - Vol. 47. - P. 114 - 126.

136. Walrafen, G.E. Raman isosbestic points from liquid water / G.E. Walrafen, M.S. Hokmabadi, W. -H. Yang // J. Chem. Phys. 1986. - Vol. 85. - P. 6964 - 6969.

137. Walrafen, G.E. Temperature dependence of the low and high -frequency Raman scattering from liquid water / G.E. Walrafen, M.R. Fisher, M.S. Hokmabadi, W. - H. Yang // J. Chem. Phys. - 1986. - Vol. 85. - P. 6970 - 6982.

138. Canpolat, M. Local structural heterogeneities in liquid water under pressure / M. Canpolat, F.W. Starr, A. Scala, E.M. Reza Sadr -Lahijany, O. Mishima, S. Havlin, H.E. Stanley // Chem. Phys. Lett. 1998. - Vol. 294. - P. 9 -12.

139. Okhulkov, A.V. X -ray scattering in liquid water at pressures of up to 7.7 kbar: test of a fluctuation model / A.V. Okhulkov, Yu.N. Demianets, Yu.E. Gorbaty //J. Chem. Phys. 1994. - Vol. 100.-P. 1578 - 1588.

140. Mishima, O. The relationship between liquid, supercooled and glassy water / O. Mishima, E. Stanley // Nature. 1998. - Vol. 396. - P. 329 - 335.

141. Harrington, S.-S. Stanley Equation of state of supercooled water simulated using the extended simple point charge intermolecular potential / S.-S. Harrington, P.H. Harrington, F.Poole, H.E. Sciortino // J. Chem. Phys. 1997. -Vol. 107.-P. 7443 -7450.

142. Волошин, В. П.,/ В. П. Волошин, Е. А. Желиговская, Г. Г. Маленков, Ю. И. Наберухин Структурная неоднородность аморфного льда низкой плотности и ее влияние на динамику молекул воды // Журн. структ. химии. 2001. - Т. 42. - № 5. - С. 948-957.

143. Волошин, В.П. Структурная неоднородность аморфного льда высокой плотности / В.П. Волошин, Е.А. Желиговская, Г.Г. Маленков, Ю.И. Наберухин // Журнал структурной химии. 2001. - Т. 42, № 5. - С. 948 -957 ; 2002. - Т. 43, № 5. - С. 844 - 850.

144. Субботин, О.С. Области стабильности аморфных льдов LDA, HDA и VHDA / О.С. Субботин, В.Р. Белослудов // Журнал структурной химии. 2006 - Т. 47 (Приложение). - С. 65 -69.

145. Beznosyuk, S.A. Computer modeling of hydrogen and methane transport in cellular nanostructures of amorphous ice / S.A. Beznosyuk, L.V. Fomina, A.A. Perezhogin, M.S. Zhukovsky // Materials Science & Engineering. -2007.-Vol. 27.-P. 1390- 1392.

146. Nikitin, H.O. Hydrogenation of single-walled carbon nanotubes / H.O. Nikitin, D. Mann, R. Denecke, Z. Zhang, H. Dai, K. Cho, A. Nilsson // Phys. Rev. Lett.-2005,-T. 95.-P. 225507-225511.

147. Nechaev, Y.C. On some techniques and experimental results: relevance for nanotechnology applications / Y.C. Nechaev // Carbon Nanostructures. 2007. - T. 55. - P. 189 - 202.

148. Нечаев, Ю.С. О природе, кинетике и предельных значениях сорбции водорода углеродными наноструктурами / Нечаев Ю.С. // Успехи физических наук. 2006. - Т. 176, № 6. - С.581 -610.

149. Dag, S. Adsorption and dissociation of hydrogen molecules on bare and functionalized carbon nanotubes / S. Dag, Y. Ozturk, S. Ciraci, T. Yildirim // Physical Review В.-2005.-T. 72. P. 155404- 155408.

150. Froudakis, P. Hydrogen storage in SWNTS. A mixed QM/MM study / P. Froudakis // Rev.Adv.Mater.Sci. 2005. - T. 5. - P. 259 - 264.

151. Безносюк, С.А. Аккумулирование водорода нанотубулярным углеродом / С.А. Безносюк, О. А. Маслова, М.С. Жуковский, Т.М. Жуковская, С. В. Важенин // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2006. - №4. - С. 84 - 89.

152. Beznosyuk, S.A. Quantum -sized mechanism of hydrogen polycondensation on carbon nanotubular surfaces / Beznosyuk S.A., I.A.Stobbe,

153. M.S. Zhukovsky // Materials Science & Engineering. 2007. - Vol. 27. - P. 1277 -1279.

154. Beznosyuk, S.A. Self -assembling of hydrogen superadsorbate in single -walled carbon nanotubes / S.A. Beznosyuk, O.A. Maslova, L.V. Fomina, M.S. Zhukovsky // Supperlattices and Microstructures. 2009. - Vol. 9, № 1 -2. -P. 384 -386.

155. Beznosyuk, S.A. Theoretical Modeling ofHydrogen Polycondensation on Carbon Nanotubular Surfaces /.A. Beznosyuk, O.A. Maslova, I.A.Shtobbe, M.S. Zhukovsky, T.M. Zhukovsky // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. -2009.-Vol. 9, №2.-P. 1408- 1411.

156. Pisana, S. Breakdown of the adiabatic Born Oppenheimer approximation in graphene / S. Pisana, M. Lazzeri, C. Casiraghi, K.S. Novoselov, A.K. Geim, A.C. Ferrari, F.U. Mauri // Nature Materials. - 2007. - Vol. 6. - P. 198 -201.

157. Безносюк, С.А. Законы и закономерности движения частиц в наномире / С.А. Безносюк, С.В. Важенин, М.С. Жуковский // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2007. - Т. 4. -С. 35.-41.

158. Важенин, С.В. Компьютерное моделирование процессов самоорганизации графена / Важенин С. В., Жуковский М.С., Безносюк С.А. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2010. - Т. 7, №2.-С.7- 14.

159. Хакен, Г. Синергетика : сб. статей : пер. с англ. / Хакен Г., Мисра Б., Пригожин И. и др. М. : Мир, 1984. - 248 с.

160. Жданов, Ю.А. Энтропия информации в органической химии / Жданов Ю.А. Ростов -на -Дону : Изд. во Ростов ун -та, 1979. - 55 с.

161. Безносюк, С.А. Компьютерное моделирование агрегации наночастиц в условиях неравновесной самосборки / С.А. Безносюк, Я.В. Лерх, М.С. Жуковский, Т.М. Жуковская // Перспективные материалы. 2009. -N7.-C. 49-53.

162. Beznosyuk, S.A. Informational approach to self assembling aggregation of colloidal nanoparticles / S.A. Beznosyuk, J.V. Lerh, M.S. Zhukovsky, T.M Zhukovsky // Materials Science & Engineering. - 2009. - Vol. 29, № 3. - P. 884-888.

163. Овчаренко, А.Г. Электрофоретическое поведение агрегатов ультрадисперсных частиц / Овчаренко А.Г., Солохина А.Б., Сатаев P.P., Игнатенко А.В. // Коллоидный журнал. 1991. - 6. - С. 1067-1071.

164. Байдакова, М.В. Фрактальная структура кластеров ультрадисперсного алмаза / Байдакова М.В., Вуль А.Я., Сиклицкий В.И., Фалеев Н.Н. // Физика твёрдого тела. 1998. - №4. - С. 776 - 780.

165. Shrivastava, S. Characterization of enhanced antibacterial effects of novel silver nanoparticles / S. Shrivastava, T. Bera, A. Roy, G. Singh, P. Ramachandrarao, D. Dash. // Nanotechnology. 2007. - № 18. - P. 1

166. Shi, F. G. Size dependent thermal vibrations and melting in nanocrystals / F.G. Shi // J. Mater. Res. 1994. - Vol. 9, N 5. - P. 1307 - 1313.

167. Brechignac, С. Thermal and chemical nanofractal relaxation / C. Brechignac, Ph. Cahuzac, F. Carlier, C. Colliex, M. De Frutos, N. Kebaili, J. Le Roux, A. Mas -son, B. Yoon // Eur. Phys. J. 2003. - № 24. - P. 265 -268.

168. Смирнов, Б.M. Физика фрактальных кластеров / Смирнов Б.М. -М. : Наука, 1991.- 136 с.

169. Третьяков, Ю.Д. Синтез функциональных нанокомпозитов на основе твердофазных нанореакторов / Третьяков Ю.Д., Лукашин А.В., Елисеев А.А. // Успехи химии. 2004. - № 9. - с. 974 - 998.

170. Ролдугин, В.И. Фрактальные структуры в дисперсных системах / Родулгин В. И. //Успехи химии. 2003. - № 10.-С. 931 -959.

171. Schaefer, D.W. Fractal geometry of colloidal aggregates / D.W. Schaefer, J.E. Martin, P. Wiltzius, D. S.Cannell // Physical Review Letters. 1984. - № 52.-P. 2371 -2374.

172. Weitz, D.A. Fractal structures formed by kinetic aggregation of aqueous gold colloids / D. A. Weitz, M. Oliveria // Phys. Rev. Lett. 1984. - №1. С Г» 1 А Ч 1 Лdz. r. - i4j6.

173. Brady, R. M. Fractal growth of copper electrodeposits / Brady R.M., Ball R.C. // Nature. 1984. - Vol. 309. - P. 225 - 229.

174. Witten, T.A. Diffusion -limited aggregation / T.A. Witten, L. Sander // Phys. Rev. 1983. - № 27. - P. 5686 - 5697.

175. Тоффоли, Т. Машины клеточных автоматов / Т. Тоффоли, Н. Марголус ; пер. с англ. П.А. Власова, Н.В. Барабанова ; под ред. Б.В. Баталова. М. : Мир, 1991. - 278 с.

176. Безносюк, С.А. Компьютерное моделирование агрегации дендритных покрытий нанопор материалов с учётом ограниченной диффузии и реконструкции / С.А. Безносюк, А.С.Фомин, М.С.Жуковский,

177. Т.М.Жуковская. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2006. - № 1. - С. 68 - 73.

178. Безносюк, С.А. Компьютерное моделирование самоорганизации фрактальных кластерных нанодендритов / Безносюк С.А., Лерх Я.В, Жуковская Т.М. // Ползуновский вестник. 2005. - № 4. - С. 143 - 150.

179. Федер, Е. Фракталы / Федер Е. ; пер. с англ. Ю.А. Данилова, А. Щукурова. М. : Мир, 1991.-260 с.

180. Олемской, А. Н. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды / А.Н. Олемской, А. Я. Флат // Успехи физических наук. 1993.-№ 12.-С. 1-50.

181. Balbuena, P.B. Nanomaterials: Design and Simulation / P.B. Balbuena, J.M. Seminario. Amsterdam: Elsevier, 2007. -319 p.

182. Суздалев, И.П. Нанотехнология: Физико -химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / Суздалев И.П. Изд. 2 -е, испр. - М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 592 с.

183. El-Sayed, M.A. Some Interesting Properties of Metals Confined in Time and Nanometer Space of Different Shapes / M.A. El-Sayed // Acc. Chem. Res.-2001.-Vol. 34.-№4.-P. 257-264.

184. Металлография титана : науч. изд. / под ред. С.Г. Глазунова, Б.А. Колачева. М. : Металлургия, 1980. - 464 с. : граф., табл., фото.

185. Валиев, Р.З. Наноструктурный титан для биомедицинских применений: новые разработки и перспективы коммерциализации / Р.З. Валиев, И.П. Семенова, В.В. Латыш, А.В. Щербаков, Е.Б. Якушина // Российские нанотехнологии. 2008. - Т. 3, № 9 -10. - С. 80 - 89.

186. Brunette, D.M. Titanium in Medicine / Brunette D.M., Tengvall P., Textor M., Thomsen P. // Springer Verlag Berlin Heidelberg. - 2001. - № 38. - P. 1019- 1024.

187. Гаврусева, Е.Ю. Моделирование температурной зависимостисвойств неравновесных наночастиц титана методом квантовой нанодинамики

188. Е.Ю. Гаврусева, М.С. Жуковский, С.А. Безносюк // Известия АлтГУ. Химия. от п мъ ^ i г 1 ас\

189. A \J . JU J J— ' J ' V^.i-w/^ 1 I V.

190. Jiang, Q. Thermal stability of crystalline thin films / Q. Jiang // Thin Solid Films. 1998.-Vol. 312.-P. 357 -361.

191. Рехвиашвили, С.Ш. К вопросу о теплоемкости нанокристаллических веществ / Рехвиашвили С.Ш. // Письма в журнал технической физики. 2006. - Т. 30, № 22. - С. 65 - 70.

192. Бандин, А.Е. Термодинамическая и фононная модели плавления сферических наночастиц 3d -переходных металлов / Бандин А.Е., Безносюк С.А. // НАНО 2009: третья всерос. конф. по наномат., (Екатеринбург, 20 -24 апр. 2009 г.). Екатеринбург, 2009.

193. Бокий, Г.Б. Кристаллохимия / Бокий Г.Б. М. : Наука, 1991. - 400с.

194. Hanszen, K.-J. Theoretische untersuchungen uber den schmelzpunkt kugelchen / K.-J. Hanszen // Ztschr. Phys. Bd. 2009. - Vol. 157, № 5. - P. 1731 -1773.

195. Beznosyuk, S.A. Self Assembling Growth of Fractal Catalysts on Fuel Cell's Electrode / S.A. Beznosyuk, Y.V. Lerh, S.V. Vazhenin, M.S. Zhukovsky, T.M. Zhukovsky // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. - 2009. - Vol. 9, №2.-P. 1582-1584.

196. Brechignac, C. Thermal and chemical nanofractal relaxation / C. Brechignac, Ph. Cahuzac, F. Carlier, C. Colliex, M. De Frutos, N. Kebaili, J. Le Roux, A. Mas -son, B. Yoon // Eur. Phys. J. 2003. - № 24. - P. 265 -268.

197. Landau, L.D. Quantum Mechanics: non-Relativistic Theory. V. 3 / Landau L.D, Lifshitz E.M. Oxford: Pergamon Press, 1977. - 691 p.

198. Безносюк, С.А. Гипермедийные пакеты для дистанционного обучения специалистов в области компьютерной нанотехнологии / С.А.

199. Безносюк, М.С. Жуковский // Открытое и дистанционное образование. -2001.-№1 (3). С.71 - 75.

200. Безносюк, С.А. Современные технологии ДО. Электронный мультимедийный курс: «Компьютерная нанотехнология» / С.А. Безносюк, М.С. Жуковский // Открытое и дистанционное образование. 2000. - №1. -С. 38 -43.

201. Жуковский, М.С. Компьютерный наноинжиниринг функциональных биомиметических материалов и устройств / М.С. Жуковский, С.А. Безносюк, Ю.И. Ладыгин // Нанотехника. 2011. - № 1 (25). - С. 88 -94.