Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2014,  том 11,  №3

 

Безносюк С.А., Жуковский М.С., Маслова О.А., Элли Г.А.

Графеновые квантовые наноэлектромеханические системы накопления энергии

Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия

В статье рассматривается новый подход к решению фундаментальных задач создания компактных автономных накопителей энергии импульсов жесткого ультрафиолета и мягкого рентгена в рамках ранее предложенной физической модели квантовых наноэлектромеханических систем (КНЭМС). Рассмотрены вопросы создания КНЭМС накопителей энергии на нижнем пределе нанометрового диапазона материалов в форме компактных квантовых автоматов-наноботов (КАН). Квантовая когерентность движения электронов и ядер КАН обеспечивает накопление энергии двух-электронных возбуждений и возможность направленной передачи ее без тепловых потерь и тепловых взрывов в зоны монтажа и функционирования наноустройств с  миниатюрными до 10 нм элементами, а также сверхбыстрой фемтосекудной трансформации в другие формы энергии: механическую, химическую, электро-магнитную. Компьютерным моделированием анализируются физические свойства накопителей энергии ультрамалых графеновых нанолистов (ГНЛ) при наличии и отсутствии квантовой когерентности движения ядер и электронов. Когерентность ГНЛ в рамках модели КАН учтена методом нанобот-кинетики (НК). Движение ГНЛ в некогерентных состояниях описано методом молекулярной динамики (МД). Сравнением результатов моделирования квантовой релаксации накопителя энергии ГНЛ в двух различных режимах когерентности (квантовых автоматов-наноботов и молекулярных наночастиц) при трёх разных температурах (77 К, 293 К, 3500 К) показана фундаментальная роль квантовой когерентности в накоплении и длительном хранении энергии возбуждений в КАН. Сделан вывод, что режим некогерентной МД релаксации ГНЛ создает термодинамическое устойчивое состояние нанолиста графена со статическими регулярными высокоамплитудными смещениями атомов углерода. Это состояние ГНЛ не накапливает энергию. КАН режим релаксации ГНЛ обеспечивает длительное хранение накопленной двух-электронной энергии (0,8 эВ/атом углерода) и может быть использован для уменьшения на 1-2 порядка амплитуды искажений плоскости ультрамалых нанолистов графена по сравнению с их термодинамическим равновесным состоянием.

Ключевые слова: накопители энергии, квантовая когерентность, квантовые НЭМС, квантовые автоматы, наноботы, квантовая релаксация, графеновые нанолисты, компьютерное моделирование.

УДК 81+31.15.00+ 29.19.00+539.2

Сведения об авторах:
Безносюк Сергей Александрович, д. ф.-м. н., профессор, зав. кафедрой АлтГУ, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Жуковский Марк Сергеевич, к.х.н., доцент АлтГУ, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Маслова Ольга Андреевна, к.ф.-м.н., доцент АлтГУ, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Элли Георгий Антонович, магистр АлтГУ, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 11, No.3 (2014)

 

Beznosyuk S.A., Zhukovsky M.S., Maslova O.A., Elli G.A.

Graphene quantum nanoelectromechanical energy storage system

Altai State University, Barnaul, Russia

In this paper it is suggested a new approach to solving the fundamental problems of creating a compact autonomous storages the pulse energy of hard ultraviolet and soft X-ray within the previously proposed physical model of quantum nanoelectromechanical systems (KNEMS). The problems of creating KNEMS energy storage at the lower limit of nanometer materials in the form of compact quantum automata nanobots (QAN) are taken under consideration. Quantum coherence of the electrons and nuclei of QAN provides energy storage two-electron excitations and the possibility of directional transmission it without heat loss and thermal explosions in areas of installation and operation of nanodevices with miniature to 10 nm elements, as well as ultra-fast femtosecond transformation into other forms of energy: mechanical, chemical, electro-magnetic. Computer simulation analysis of the physical properties of energy storage ultrasmall graphene nanosheets (GNS) in the presence and absence of quantum coherence of the nuclei and electrons. GNS coherence in the model QAN is considered by method of nanobot-kinetics (NK). GNS movement in incoherent states is described by method of molecular dynamics (MD). Comparing the simulation results of quantum relaxation energy storage GNS in two different modes of coherence (quantum automata nanobots and molecular nanoparticles) at three different temperatures (77 K, 293 K, 3500 K) is shown the fundamental role of quantum coherence in the accumulation and long-term storage of energy excitations in QAN. It is concluded that the regime of incoherent MD relaxation GNS creates thermodynamic stable state of graphene nanosheets with static regular large displacements of atoms of carbon. This state of GNS does not accumulate energy. QAN mode relaxation GNS provides long-term storage of accumulated two-electron energy (0.8 eV /carbon atom) and can be used to decrease by 1-2 orders of amplitude distortion plane ultrasmall graphene nanosheets compared to their thermodynamic equilibrium state.

Keywords: energy storage, quantum coherence, quantum NEMS, quantum automatic machine, nanobots, quantum relaxation, graphene nanosheets, computer simulation.

Information about authors:
Beznosyuk Sergey Aleksandrovich, PhD, Hab., professor, AltSU head of department,  Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Zhukovsky Mark Sergeevich, PhD, AltSU docent,  Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Maslova Olga Andreevna, PhD, AltSU docent, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Elli Georgy Andreevich, AltSU student,  Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript