Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Ζωή Κούρνια, Ερευνήτρια Γ', Βοηθός Καθηγητή, Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών, Ακαδημίας Αθηνών
Περίληψη:
Τα νανοσωματίδια έχουν διάφορες εφαρμογές στην ιατρική, τη φυσική, την οπτική και την ηλεκτρονική. Η μοντελοποίηση νανοσωματιδίων είναι ένα ουσιαστικό πρώτο βήμα για να εκτιμηθεί η ικανότητα τους σε διάφορες χρήσεις όπως η αποθήκευση ενέργειας ή η μεταφορά φαρμάκων. Ωστόσο, η δημιουργία μιας αρχικής σύνθεσης για μοντελοποίηση και προσομοίωση είναι κουραστική, επειδή κάθε κρύσταλλος αναπτύσσεται με διαφορετικό crystal habit και διαφορετική συμμετρία στη φύση.
Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, δημιουργήθηκε ένα διαδικτυακό κρυσταλλογραφικό εργαλείο, το οποίο δημιουργεί μοντέλα νανοσωματιδίων από οποιαδήποτε κρυσταλλική δομή σύμφωνα με το προτιμώμενο σχήμα ισορροπίας τους σε τυπικές συνθήκες σύμφωνα με τη μορφολογία Wulff (crystal habit).
Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί δεδομένα από κβαντομηχανικούς υπολογισμούς βάσει της κατασκευής Wulff. Η κατασκευή Wulff χρησιμοποιεί παραμέτρους ελαχιστοποίησης της ενέργειας για να καταδείξει ότι ορισμένες έδρες προτιμώνται σε σχέση με άλλες, καθώς η απόστασή τους από το κέντρο είναι ανάλογη με την ενέργεια της επιφάνειας τους. Οι παράμετροι εισόδου για τον προσδιορισμό αυτής της δομής νανοσωματιδίων σε ισορροπία είναι οι έδρες που προτιμώνται να αναπτύσσονται, ως δείκτες Miller, η ενέργεια κάθε επιπέδου και το επιθυμητό μέγεθος του νανοσωματιδίου.
Μετά την εισαγωγή αυτών των παραμέτρων, το σχήμα ισορροπίας δημιουργείται με την ακόλουθη μεθοδολογία. Πρώτον, με βάση την κρυσταλλογραφική τάξη, οι συμμετρικές έδρες παράγονται με βάση τους δείκτες Miller, το κλασματικό σύστημα συντεταγμένων και τις παραμέτρους του κρυσταλλικού πλέγματος. Σε αυτή τη διαδικασία, τοποθετούμε την αρχή των αξόνων στην αρνητική πλευρά αυτών των εδρών και στη συνέχεια υπολογίζουμε τα σημεία τομής ανά τρις έδρες, απορρίπτοντας αυτά που βρίσκονται στη θετική πλευρά τουλάχιστον ενός εκ των εδρών. Στη συνέχεια, λαμβάνουμε τις όψεις του σχήματος ισορροπίας χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο Quickhull στα εναπομείναντα σημεία τομής και το σχήμα ισορροπίας κατασκευάζεται συνδέοντας αυτές τις όψεις. Η στοιχειώδης κυψελίδα της κρυσταλλικής δομής παράγεται από την ασύμμετρη κυψελίδα, χρησιμοποιώντας πάλι τις παραμέτρους του κρυσταλλικού πλέγματος και τις λειτουργίες συμμετρίας της κρυσταλλογραφικής χωρο-ομάδας στις συντεταγμένες των ατόμων. Τέλος, το νανοσωματίδιο κατασκευάζεται με την αντιγραφή της στοιχειώδης κυψελίδας και στις τρεις χωρικές διευθύνσεις, μέχρις ότου γεμίσει το σχήμα ισορροπίας με αποτέλεσμα οι συντεταγμένες των ατόμων να εξάγονται στον χρήστη.
Αυτό το εργαλείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή νανοσωματιδίων για προσομοίωση οποιουδήποτε υλικού, δεδομένης της κρυσταλλικής δομής ως είσοδο, του μεγέθους του νανοσωματιδίου και των προτιμώμενων εδρών ανάπτυξης και των ενεργειών τους. Έχει κατασκευαστεί ως διαδικτυακή σελίδα χρησιμοποιώντας τις προγραμματιστικές γλώσσες C++ και PHP και μπορεί να προσπελαστεί και να χρησιμοποιηθεί στην ιστοσελίδα: http://nanocrystal.vi-seem.eu/CrystalTool.
ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Φυσική Συμπυκνωμένης Ύλης
ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: κρυσταλλογραφία, νανοσωματίδια, κατασκευή Wulff, σχεδιασμός νανοσωματιδίων, ανάπτυξη διαδικτυακού εργαλείου
Λέξεις-κλειδιά:
κρυσταλλογραφία, νανοσωματίδια, κατασκευή Wulff, σχεδιασμός νανοσωματιδίων, ανάπτυξη διαδικτυακού εργαλείου
