• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Новости

Новая база данных для атомистического моделирования экологически-безопасных цементов

Международная команда ученых из одиннадцати ведущих университетов Европы и Америки под руководством Ратана Мишры (ETH Zurich), Рузбеха Шахсавари (Rice University) и Пола Боуэна (EPFL Lausanne) завершила работу над созданием открытой объединенной базы данных для атомистического компьютерного моделирования структуры и свойств цементных материалов. Итоговая статья, обобщающая эту большую и трудоемкую работу опубликована в Cement and Concrete Research – ведущем международном научном журнале в данной области. Один из соавторов работы - Андрей Калиничев, профессор Высшей Школы Горных Наук и Телекоммуникаций (Institut Mines-Télécom Atlantique) в Нанте, Франция; главный научный сотрудник Международной Лаборатории Суперкомпьютерного Атомистического Моделирования и Многомасштабного Анализа НИУ ВШЭ.

База данных cemff (Cement Force Fields или Цементные Силовые Поля) объединяет, ситематизирует и оценивает параметры силовых полей, разработанные за последние 10-15 лет для атомистического компьютерного моделирования минералов входящих в состав бетона -  самого распространенного в мире конструкционного материала. cemff позволяет академическим исследователям и инженерам-разработчикам выбрать среди множества параметров именно те, которые наиболее точно подходят для их конкретной задачи по расчету и предсказанию свойств цементных составов на фундаментальном атомистическом уровне.

cemff позволит промышленности разрабатывать более прочные и надежные конструкционные материалы, при этом значительно сокращая выбросы углекислого газа в атмосферу: известно, что производство цемента в мире (более 3 миллиардов тонн в год!) ответстственно за 8% таких глобальных выбросов.

В данном контексте силовое поле – это не какой-то невидимый непреодолимый барьер из научно-фантастического романа, а просто набор физических параметров, которые ученые используют в своих моделях для описания взаимодействия между атомами каких-либо материалов. Реалистичное описание межатомных взаимодействий необходимо для точного понимания и предсказания того, как химический состав материалов влияет на их свойства.

"Эта объединенная база данных – совершенно в русле современного тренда развития и использования bigdata для компьютерного предсказания свойств материалов", -  говорит Рузбех Шахсавари, доцент департамента технологии материалов Университета Райса в Техасе, США (Rice University), один из лидеров проекта.

"Успешное применение методов молекулярного моделирования к решению конкретных практических задач все еще нуждается в некоторых компромиссных решениях, как, например, предпочтение скорости расчетов или их точности. Но еще более важно четко осознавать  пределы применимости каждой конкретной модели. cemff позволит теперь исследователям опираться в решении таких вопросов на всесторонний опыт и рекоммендации ведущих исследователей, суммированный в этой работе, для более обоснованного выбора модельных подходов к их данной конкретной задаче", - говорит Ратан Мишра, ведущий     автор проекта, материаловед из Высшей Федеральной Политехнической Школы в Цюрихе ( ETH Zurich).

Силикаты кальция, из которых в основном состоит цемент, в реакции с водой образуют твердый материал, своего рода искусственный камень, который придает необходимую механическую прочность и долговечность бетону. Известно, что около 60% выбросов углекислого газа в атмосферу при производстве цемента приходится на разложение известняка – источника кальция в цементе, но также и углекислого газа. Для того, чтобы уменьшить негативное влияние на окружающую среду, производители часто добавляют в смесь глину, золу, или другие отходы. Однако все это влияет на конечные механические характеристики и долговечность конечного продукта. Для точного понимания этиго влияния необходимы наномасштабные атомистические модели, которые позволят производителям тестировать свойства новых составов до того как начинать реальное производство. 

"Атомистическое моделирование свойств цементных материалов – весьма нетривиальная задача, вследствие их сложного состав и неупорядоченной структуры. Результаты этой совместной работы сослужат хорошую службу довольно широкому исследовательскому сообществу, поскольку предоставляют солидную количественную основу для выбора наиболее подхолящих инструментов при моделировании этих технологически важных материалов", - говорит один из со-разработчиков широко используемой модели ClayFF Андрей Калиничев, профессор Высшей Школы Горных Наук и Телекоммуникаций (Institut Mines-Télécom Atlantique) в Нанте, Франция, и главный научный сотрудник Международной Лаборатории Суперкомпьютерного Атомистического Моделирования и Многомасштабного Анализа в НИУ ВШЭ в Москве.

"Я надеюсь, что открытый формат и международная основа базы данных cemff послужат хорошим стимулом для сообществ и модельщиков, и экспериментаторов, в том, чтобы создавать совместные научно-обоснованные модели для лучшего понимания и более точного предсказания свойств самого распространенного искусственного материала на Земле, и поможет устойчивому развитию на планете", - говорит Пол Боуэн, профессор из Высшей Федеральной Политехнической Школы в Лозанне.

Другие соавторы работы - Aslam Kunhi Mohamed, David Geissbühler (EPFL Lausanne, Switzerland);  Hegoi Manzano (University of the Basque Country, Bilbao, Spain); Tariq Jamil, Hendrik Heinz (University of Colorado Boulder, USA); Sandra Galmarini (Swiss Federal Laboratories of Materials Science and Technology, Dübendorf); Lei Tao (Rice University); Roland Pellenq (Massachusetts Institute of Technology, USA); Adri van Duin (PennState University, USA); Stephen Parker (University of Bath, UK); Robert Flatt (ETH Zurich).

Доступ к статье: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000888461730409X

Вход в базу данных cemff : http://cemff.epfl.ch