- •1.Перечислите предпосылки появления нанотехнологии
- •3.Инструментарий нанотехнологии
- •4.Основные проблемы нанотехнологии и пути их решения
- •5.Уровни научного познания в применении к нанотехнологиям
- •6. Общие принципы компьютерного моделирования
- •7. Типы моделей «белый ящик», «черный ящик», «серый ящик
- •8. Принципиальные подходы вычислительной нанотехнологии
- •9. Основные принципы моделирования молекулярных систем в молекулярной механике
- •10. Потенциальная энергия молекулы в молекулярной механике
- •11. Энергия слабых связей в молекулярной механике
- •12. Методы поиска равновесных структур в молекулярной механике
- •13. Методы упрощения, применяемые в молекулярной механике
- •14. Достоинства и недостатки методов молекулярной механики
- •15. Область применимости молекулярной динамики
- •16. Базовые законы молекулярно-динамического моделирования
- •17. Выбор шага по времени в молекулярной динамике
- •18. Методы ограничения областей в молекулярной динамике
- •19.Методы учёта энергообмена с внешней средой в молекулярной динамике
- •20. Достоинства и недостатки молекулярной динамики
- •21. Стохастический принцип моделирования в методах Монте-Карло
- •22. Алгоритм Метрополиса
- •23. Процесс Маркова
- •24. Достоинства и недостатки моделирования методами Монте-Карло
- •25. Механизмы образования супрамолекулярных связей
- •26. Водородная связь в супрасистемах
- •27. Электростатические взаимодействия в супрасистемах
- •28. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия в супрасистемах
- •29. Достоинства супрамолекулярных систем
- •30. Самоорганизация сложных систем
- •31. Самосборка как пример самоорганизации в нанотехнологии. Факторы, определяющие самосборку
- •32. Общие признаки пакетов моделирования молекулярных систем
- •33. Процедура проведения квантовохимического моделирования
- •34. Проведите общий обзор программного обеспечения моделирования наносистем
4.Основные проблемы нанотехнологии и пути их решения
В целом очевидна чрезвычайная сложность конструкции молекулярногоассемблера, не говоря уже о нанофабрике. Отсюда видна необходимостьтщательного планирования молекулярной машины с помощью компьютерногомоделирования и разработки программного обеспечения. Задача эта оченьсложна и трудоемка, поскольку- расчет даже простейших конструкций требуетбольших вычислительных ресурсов. Также можно отметить, что намолекулярном уровне перестают действовать законы макромеханики, вместоэтого вступают в силу законы квантовой механики, хотя при проектированиидостаточно больших машин, используя приближение Борна-Оппенгеймера,можно с достаточным приближением пользоваться решениями классическоймеханики. Уже сейчас разработано несколько методов расчета молекулярныхмашин: метод Монте-Карло (пришедший из статистической физики), методмолекулярных отбиталей и др. Визуально же посмотреть, что представляют изсебя детали молекулярных машин, можно только при помощи компьютера.Сделать это каким-либо другим способом практически невозможно, так какразмеры деталей значительно меньше длины волны видимого света, спектркоторого находится в интервале длин волн 380/750 нм.
Более того, подавляющее большинство нанотехнологических задач в первую очередь решаются именно с помощью компьютерного моделирования.Сегодня практическое применение находят методы, свести которые можно кчетырем группам:
квантово-механические (квантово-химические) расчеты;
молекулярная механика;
молекулярная динамика;
методы Монте-Карло.
5.Уровни научного познания в применении к нанотехнологиям
Существуют различные уровни научного познания. Одни общенаучныеметоды применяются только на эмпирическом уровне, это наблюдение, эксперимент, измерение. Другие применяются только на теоретическом уровне, это идеализация, формализация. Есть и такие методы, которые используютсякак на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях - это моделирование.
Эмпирический уровень научного познания характеризуетсянепосредственным исследованием реально существующих, чувственновоспринимаемых объектов. Путем проведения наблюдений, выполненияразнообразных измерений, постановки экспериментов осуществляется процесснакопления информации об исследуемых объектах, явлениях, производитсяпервичная систематизация получаемых фактических данных в виде таблиц,схем, графиков и т. п. Кроме того, на эмпирическом уровне научного познания,если обобщить научные факты, можно сформулировать некоторыеэмпирические закономерности.
Теоретический уровень научного исследования - это рациональная, логическая ступень познания. Происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, относящихся к изучаемымобъектам, явлениям. Теоретический, или фундаментальный, уровень – самаявысокая ступень в научном познании. Результатами такого познания становятсягипотезы, теории, законы.
При всем при том, эти два уровня не следует отрывать один от другого ипротивопоставлять друг другу, поскольку они тесно взаимосвязаны. Эмпирический уровень научного познания не может существовать без достижений теоретического уровня. Эмпирическое исследование обычно опирается на определенную теоретическую конструкцию, которая определяет направление этого исследования, обусловливает и обосновывает применяемые при этом методы.