Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время хорошо осознан тот факт, что авангардные технологические решения по созданию принципиально новых конструкционных материалов, устройств молекулярной микро- и оптоэлектроники, а также частично упорядоченных молекулярных сред различного функционального назначения следует искать на пути направленного регулирования структуры промежуточного (нанометрового) уровня. Термодинамически стабильные микрогетерогенные структуры с различным масштабом микронеоднородно-стей известны для широкого круга полимерных систем: блочных сополимеров, взаимопроникающих полимерных сеток, ион-содержащих полимеров и т.д. Микрофазное расслоение возможно, если температура Т меньше некоторого критического значения Тс, и в системе имеет место конкурирующее взаимодействие между короткодействующими силами отталкивания и далъноденствующим стабилизирующем фактором, препятствующим расслоению на макроскопические фазы. В качестве такого фактора могут выступать механизмы, имеющие энергетическую, энтропийную или шиїетическую природу. В последнее время значительный интерес вызывают самоорганизующиеся полимеры, которые содержат сильно притягивающиеся функциональные группы. Многочисленные возможности для образования различных регулярных наноструктур в таких системах связаны с эффективной конкуренцией дальнодействующих кулоновских сил и гидрофобного взаимодействия.
При изучении процессов самоорганизации полимеров значительную роль играет компьютерный эксперимент. Среди преимуществ методов компьютерного моделирования следует отметить такие, как возможность варьировать любые параметры системы и внешней среды, а также наблюдать процессы, которые в реальности протекают за ничтожно малые промежутки времени. Таким образом, тема диссертации связанная с компьютерным моделированием самоассоциирующихся полимеров является актуальной.
Целью работы является исследование при помощи методов компьютерного моделирования (методами Монте-Карло и молекулярной динамики) структурообразования в системах самоассоциирующихся полимеров, реологические свойства формирующихся систем.
Конкретные задачи, которые решаются в диссертации:
Разработка модели микрофазного расслоения в полимерных бинарных
системах с ориентационно-зависящим взаимодействием.
а Изучение влияния добавки солюбилизата на ассоциативное равновесие,
геометрию и стабильность мицелл в растиорах амфифильных молекул.
о Анализ влияния термодинамической жесткости цепи на структурообра-
зование телехелевых молекул с сильно ассоциирующими концевыми
группами.
d Исследование структурной организации и реологических свойств
телехелевых систем, формирующихся в условиях сдвигового напряжения.
Диссертация выполнена в соответствии с планом НИР Тверского государственного университета по направлению «Связь свойств веществ со строением молекул» (№ государственной регистрации 01.84.0085361), а также в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований «Структура и динамика микрогетерогенных полимерных систем: компьютерное моделирование, теория, экспериментальное изучение» (проект № 95-03-081170).
Научная новизна определяется тем, что в работе впервые:
« предложен новый механизм микрофазного разделения для бинарных
смесей полимеров;
показано, что в бикомпонентных мицеллах, состоящих из амфифильных молекул и солюбилизата возможно внутримицеллярное микрофазное расслоение;
установлено, что солюбшшзирующаяся добавка вызывает смещение ассоциативного равновесия в сторону образования более крупных мицеллярных агрегатов;
показано, что процесс мицеллообразования телехелевых полимеров соответствует «открытой» модели ассоциации;
» обнаружено что, в телехелевой системе могут формироваться квазипериодические структуры ячеечного типа, период которых возрастает с увеличением жесткости цепи;
о установлена взаимосвязь между реологическими характеристиками и топологией термообратимой ассоциативной сетки, формируемой телехеле-выми полимерами.
Достоверность полученных результатов подтверждается их согласованностью с предсказаниями известных аналитических теорий, независимыми данными компьютерных и физических экспериментов (когда такие данные доступны).
Практи ческое значение работы.
Результаты, полученные в работе, позволяют проверить справедливость альтернативных теоретических представлений. Кроме того, компьютерные расчеты позволяют сухцественно сузить область параметров, в которой экспериментально предполагается выявить те или иные характеристики, необходимые с точки зрения технологических приложений.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены на Международной научігой конференции «Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах» (Тверь, 1996), на ХШ Всероссийском семинаре по молекулярному взаимодействию и копформациям молекул (Тверь, 1997), на семинарах международной школы молодых ученых «Modern Developments in Polymer Science» (Копенгаген, Дания, 1997), на VII Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 1998).
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов. Работа изложена на 140 страницах, содержит 72 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 84 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
