Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений

Project: Award Project

Project Details

Description

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы теории фазовых переходов – исследование нуклеации и роста кристаллов в метастабильных системах. Одним из основных направлений исследований проекта, представляющем собой его новизну, является теоретический учёт эффекта нестационарного роста зародышей, обеспечивающийся флуктуациями различной физико-химической природы. В рамках проекта будет сформулирован и решён ряд новых математических моделей, описывающих промежуточную стадию фазового превращения в метастабильных растворах и расплавах с учётом нестационарного флуктуационного роста отдельных зародышей. В целом, теоретическое описание нуклеации и роста кристаллов позволит определить динамику снятия переохлаждения (пересыщения) в системе, найти функцию распределения кристаллов по размерам и её моменты, аналитически определить частоту (темп) нуклеации в рамках различных кинетических механизмов, изучить эффект «диффузии» функции распределения по пространству размеров кристаллов. В проекте запланировано развитие теории нуклеации и роста зародышей в метастабильных жидкостях в соответствии с общим поэтапным планом работ по проекту: I. Этап 2018 г. Нестационарная нуклеация и рост кристаллов в метастабильных системах: теория и её приложение к кристаллизации белков; II. Этап 2019 г. Нестационарная нуклеация и рост кристаллов в метастабильных системах с учётом полимеризации: теория роста новой фазы с приложением к промышленным кристаллизаторам (развитие и обобщение теории первого этапа); III. Этап 2020 г. Нестационарная нуклеация и рост кристаллов в метастабильных системах: обобщение теории на бинарные системы. Все этапы работы объединены между собой и выстроены в соответствии с усложнением соответствующих математических моделей, описывающих процессы нуклеации и роста кристаллов в различных физико-химических и биологических системах.
Актуальность проекта состоит в большом количестве приложений разрабатываемой теории. Так, например, нуклеация и рост кристаллов контролируют такие процессы, как кристаллизация многокомпонентных систем в промышленных кристаллизаторах, зародышеобразование при спекании и горячем прессовании, рекристаллизация гетерогенных материалов, термическая нестабильность делящихся веществ, формирование требуемых свойств высокопрочных сталей, агрегирование в коллоидах и магнитных жидкостях, синтез белка (например, интерферон-альфа и гормон роста человека), кристаллизация гемоглобина С и полимеризация гемоглобина S, кристаллизация белков в сетчатке глаза (ответственная за образование катаракты) и т.д.
В рамках исследований запланировано приложение развиваемой теории к описанию кристаллизации ряда важных биохимических соединений, что является прикладным аспектом проекта.
StatusActive
Effective start/end date01/01/201831/12/2022

GRNTI

  • 29.19.15

UrFU Research Division section that handles this grant (Kuibyshev, Mira)

  • Kuibyshev Research Division

Type of Financial Sources

  • RNF