Search academic texts

Registration Number

0421U100623, Candidate dissertation

Title

Universal shape properties of a mesoscopic polymer chain, polymer star and their aggregates

Author

Kalyuzhnyi Ostap Yu.,

popup.head Ilnytskyi Jaroslav M.
popup.opponent Zaichenko Alexander S.
popup.opponent Kovalchuk Volodymyr I.

Status

Кандидат фізико-математичних наук, 01.04.24, Фізика колоїдних систем

Date

24-03-2021

Description

Дисертація присвячена дослідженню універсальних характеристик форми полімерів різної топології методом дисипативної динаміки. У якості першого кроку запропонованого дослідження було проведено аналіз характеристик форми мезоскопічної континуальної моделі лінійного полімерного ланцюга у доброму розчиннику. Було показано, що відповідні ефективні середні розміри та характеристики форми мезоскопічного полімерного ланцюга у доброму розчиннику виходять на скейлінговий та універсальний режим поведінки при довжині N≥10. Окрім того був проведений аналіз розподілів імовірності для віддалі між кінцями ланцюга та для радіусу гірації. У першому випадку була відтворена відома аналітична асимптотика де Жена — де Клуазо, а у другому були запропоновані аналітичні вирази, які грунтуються на добре відомій формі Люл'єра та узагальненій версії подвійної форми Гауса для симетричного розподілу. В подальшому розвинуті та апробовані методи були використані для дослідження властивостей форми більш складної топології: зіркоподібні полімери різної функціональності. Зокрема було досліджено вплив якості розчинника на форму полімера. Було досліджено п'ять різних версій моделі зіркових полімерів: одна модель гомогенної полімерної зірки та чотири версії моделей для гетерогенної зірки. Використовуючи методи дисипативної динаміки був проведений аналіз впливу якості розчинника на характеристики форми огрублених моделей гомогенних та гетерогенних зіркових полімерів. Ми спостерігали наявність цікавого ефекту, який полягав у тому, що при зміні властивості розчинника, асферичність гомогенної зірки досягає свого максимального значення у околі θ-точки розчинника. Цей ефект пояснюється конкуренцією між ентальпійним та ентропійним вкладами у вільну енергію системи. Ми провели аналіз набору параметрів, які дозволяють характеризувати вплив ефектів локального скупчення гілок зіркового полімеру з f гілками на особливості просторового розгортання однієї гілки. Для цього ми розглянули характеристики, які є специфічними для індивідуальної гілки зіркового полімеру, такі, як середня віддаль між центром та кінцем, середнє значення квадрату радіусу гірації та асферичності індивідуальної гілки у зірці. Для того, щоб провести безпосереднє порівняння властивостей індивідуальної гілки з властивостями вільного лінійного полімеру з такою ж самою молекулярною вагою були введені відповідні універсальні співвідношення pe(f), pg(f) та pa(f). Наші результати, які були отримані за допомогою методів дисипативної динаміки, перебувають у добрій згоді з результатами, які були отримані з використанням методів симуляції Монте Карло та молекулярної динаміки. Отримані результати показують, що методи дисипативної динаміки коректно описують ефекти виключеного об'єму у випадку густої зірки з відносно великою кількістю гілок. І наостанок, було досліджено вплив молекулярної архітектури амфіфільних зіркових полімерів на форму агрегатів, які вони формують у водоподібному розчиннику. При цьому як розчинник, так і розчинені полімери розглядалися на огрубленому рівні моделювання, використовуючи методи дисипативної динаміки. Було розглянуто чотири молекулярні архітектури: (а) чотири не зв'язаних лінійні диблочні ланцюги, (б) асиметричні міктоармові полімери, (в) диблочні зіркові полімери 1 (гідрофільні частини напрямлені назовні) і (г) диблочні зіркові полімери 2 (гідрофільні частини є по сусідству з центральним мономером). У всіх випадках розглядалися макромолекули однакового складу та молекулярної ваги. Агрегація розпочиналася із густо впакованих набору із Na молекул, які були розчинені у водоподібному розчиннику. У всіх випадках, при збільшенні агрегаційного числа спостерігалося однакова послідовність форм, а саме: сферичні міцели, асферичні міцели і сферичні везикули. Виявилося, що положення “фазових границь” між ними залежить від деталей архітектури макромолекул. Для випадків (а)-(в) трансформація між сферичною та асферичною міцелами відбувалася поступово. Проте перехід від асферичної міцели до сферичної везікули відбувався у раптово. У випадку (б), асферична міцела є менш стабільною і перехід до везікули відбувається при менших значеннях агрегаційного числа. Випадок (г) характеризується поступовим переходом між усіма формами. Гістограми, які були отримані для розподілів імовірності дескриптора форми, є відносно вузькі для сферичних міцел та сферичної везікули. Проте вони стають ширшими при в околі переходу міцела-везікула, що показує, що можливе існування форм у широких межах.