При создании новых материалов и технологий современными высокотехнологичными компаниями все шире используется предсказательное, основанное на первых принципах, моделирование. Это относится, прежде всего, к процессам и материалам микроэлектроники и нанотехнологии, разработке плазмохимических процессов, созданию новых каталитических систем, а также развитию экологически чистых высокоэффективных энергетических технологий. Ключевым элементом такого моделирования является построение физико-химического кинетического механизма процесса, то есть определение и описание необходимого набора веществ и процессов. Важнейшими элементами описания механизма являются микроскопические кинетические параметры: коэффициенты переноса, константы скорости и сечения элементарных процессов, а также параметры, определяющие термодинамические свойства веществ.

Использование программы Khimera в составе интегрированной среды Chemical Workbench позволяет не только восстанавливать необходимые данные, но и осуществлять разработку физико-химических кинетических механизмов в полном объёме. Тем самым продукты, развиваемые Кинтех Лаб, служат необходимым мостом между фундаментальной наукой и инженерной практикой.

Область применения

Khimera воплощает последние достижения в области разработки численных алгоритмов для широкого круга моделей элементарных физико-химических процессов; эти модели имеют особую важность для высокотехнологичных применений, таких как микроэлектроника, материаловедение, химическая промышленность, автомобильная и авиапромышленность, разработка энергетических систем.

Основные возможности

Параметры атомов, молекул и их взаимодействий, необходимые для расчётов кинетических и термодинамических характеристик, могут быть получены с использованием практически всех основных квантово-химических пакетов (GAUSSIAN, GAMESS, JAGUAR, ADF). Причем выходные файлы этих программ могут быть считаны пакетом Khimera в автоматическом режиме. Входные файлы, необходимые для запуска квантово-химических программ, могут быть созданы в рамках пакета Khimera с помощью специального модуля.

Khimera является частью интегрированной системы программных продуктов Кинтех Лаб. Параметры атомов, молекул и их взаимодействий могут быть автоматически импортированы из базы данных, входящей в эту систему, а результаты расчётов могут быть сохранены в этой базе, а также автоматически переданы в пакет Chemical Workbench для кинетического моделирования. В программе реализован контекстных ввод имен веществ и уравнений элементарных процессов, что позволяет использовать номенклатуру, принятую в данной области исследований. Программа осуществляет аппроксимацию рассчитанных кинетических и термодинамических данных в основных форматах, принятых в этой области науки.

Khimera обладает дружественным интерфейсом, снабжена подробным описанием и имеет интерактивную систему помощи, которая включает как подробные описания всех операций, необходимых для проведения расчётов, так и используемых физических моделей.

Khimera строит физико-химические механизмы

Программа Khimera интегрирована в Chemical WorkBench — среду для физико-химического кинетического моделирования и концептуального дизайна технологических процессов, разработанную Кинтех Лаб. В рамках такой интеграции на основе многоуровневого подхода становится возможной реализация полного цикла построения детальных, редуцированных и глобальных механизмов: генерация, расчёт кинетических и термодинамических параметров, определение важнейших элементарных стадий, редуцирование и верификация на основе имеющийся экспериментальной информации. При этом роль программы Khimera состоит в расчёте из первых принципов или на основе полуфеноменологических моделей недостающих микроскопических кинетических параметров. Важно, что использование этих параметров в программе Chemical WorkBench и сравнение рассчитанных макроскопических величин (например, скорость роста плёнки, эффективность излучения люминесцентной лампы, время воспламенения и т.п.) с экспериментом формирует систему с обратной связью, позволяющую последовательно улучшать механизм.

Программный комплекс Khimera& был успешно применён для разработки механизмов и практического моделирования на их основе важных технологических процессов и устройств, таких как, например, рост наноразмерных пленок для электроники, нертутные люминесцентные источники света, двигатели нового поколения, газификация угля, плазменное стимулирование горения.