Search academic texts

Registration Number

0420U101953, Candidate dissertation

Title

Effects of porous media on thermodynamic properties and phase behavior of anisotropic fluids

Author

Shmotolokha Volodymyr I.,

popup.head Holovko Myroslav
popup.opponent Lisetski Longin М.
popup.opponent Fechan Andriy

Status

Кандидат фізико-математичних наук, 01.04.24, Фізика колоїдних систем

Date

05-11-2020

Description

Дисертація присвячена розвитку теоретичних пiдходiв до опису термодинамiчних властивостей анізотропних плинів та дослідженню їхньої фазової поведінки в об'ємі та у невпорядкованому пористому середовищі. Розглянуто декiлька моделей анізотропних плинів (опуклі несферичні частинки, сфероциліндричні частинки) у невпорядкованому пористому середовищі. Зокрема, значну увагу придiлено анізотропним сфероциліндричним плинам. Для опису термодинамiчних властивостей таких систем отримано вiдповiднi аналітичні вирази на основi теорiї масштабної частинки (ТМЧ), яка була узагальнена на анізотропні плини. Показано, що результати узагальненої теорiї є у доброму якісному і кiлькiсному узгодженнi iз даними комп’ютерного моделювання. ТМЧ для анізотропних плинів в невпорядкованій матрицi була використана в якостi системи вiдлiку в рамках теорiї збурень з метою вивчення фазових переходiв газ-рiдина-нематик і газ-нематик1-нематик2. Було представлено вдосконалену версію узагальненого рівняння Ван дер Ваальса для анізотропних плинів у невпорядкованих пористих матрицях. Дослiджено вплив невпорядкованого пористого середовища на фазову поведiнку цих плинiв. Показано, що зменшення пористостi пористого середовища спричинює пониження критичної температури та критичної густини, а також приводить до звуження областi спiвiснування газ-рідина на фазовiй дiаграмi. Показано вплив пористостi пористого середовища на ізотропно-нематичне та нематично-нематичне співіснування і виявлено, що пористе середовище може розширити ізотропно-нематичний фазовий перехід таким чином, що фазовий перехід газ-рідина зникає. Як перший крок, було узагальнено теорію масштабної частинки на випадок несферичних опуклих частинок у невпорядкованому пористому середовищі. Для такої моделі було досліджено вплив несферичності частинок плину і пористості пористого середовища на термодинамічні властивості такої системи. Було узагальнено вплив притягання на анізотропний несферичний плин. Було перевірено отримані результати з наявними результатами комп'ютерного моделювання для фазової поведінки твердосферного плину в матрицях різних розмірів. Було представлено розробку теорії для опису анізотропних молекулярних плинів з анізометрією частинок, молекули яких характеризуються короткодіючою відштовхувальною взаємодією. Було запропоновано узагальнення рівняння на анізотропні плини в пористих середовищах, яке базується на рівнянні стану твердих сфероциліндричних частинок у невпорядкованому пористому середовищі, отриманому в рамках теорії масштабної частинки. На основі отриманого рівняння ми проводимо дослідження ізотропно-нематичної фазової поведінки молекулярних систем в залежності від анізометрії молекул та пористості пористого середовища. Показано, що пористе середовище приводить до пониження густини ізотропно-нематичного фазового переходу. Спостережено, що точність SPT2b1 зменшується із зменшенням довжини сфероциліндричних частинок. Було запропоновано покращення теорії SPT2b1 і з цією метою розроблено два різні підходи. Перший з них - так званий підхід SPT2b1-КС-ПЛ, який включає два виправлення. Перше - корекція Карнахана-Старлінга (КС), яка покращує характеристику термодинамічних властивостей SPT при більш високій густині плину. Друге Парсонса-Лі (ПЛ) коректує опис орієнтаційного упорядкування в плині твердих сфероциліндрів при високій густині плину. Фазова діаграма плину твердих сфероциліндрів у невпорядкованому пористому середовищі розраховується двома різними способами. Один з них пов'язаний з біфуркаційним аналізом розв'язку нелінійного інтегрального рівняння для одночастинкової функції розподілу, отриманої з мінімізації вільної енергії. Другий спосіб базується на умові термодинамічної рівноваги. У дисертаційній роботі узагальнено та застосовано схему чисельного розрахунку, яка була запропонована Дж. Герцвільд з співавторами для обчислення унарної функції в об'ємі в системах з анізометрією частинок і анізотропією притягальної взаємодії дана схема була узагальнена на наявність невпорядкованого пористого середовища. Розрахованi фазовi дiаграми показали, що критичнi параметри нематогенного плину залежать вiд пористостi матрицi, що повторює ефект, який є у простих твердосферичних плинах. Наостанок, використовуючи ТМЧ для опису системи відліку, було узагальнено рівняння Ван дер Ваальса та досліджено фазову поведінку сфероциліндричних молекулярних плинів у невпорядкованому пористому середовищі. Досліджено вплив видовженості сфероциліндричних частинок на ізотропно-нематичне співіснування та показано, що збільшення видовженості частинок плину твердих сфероциліндрів приводить до появи нематично-нематичного фазового переходу. Проведено порівняння запропонованої моделі і отриманої в її рамках фазової діаграми з фазовими діаграмами, отриманими для розчинів поліпептидів полі (гамма-бензил-L-глутамату) (ПБЛГ) в диметилформаміді (ДМФА). Показано якісне узгодження отриманих результатів з експериментальними даними для розчинів поліпептидів в диметилформаміді (ДМФА).