Search academic texts

Registration Number

0823U100544, PhD dissertation

Title

Modeling of functional polymer materials with magneto- and photo- active particles and their responses to the external fields

Author

Yaremchuk Dmytro L.,

popup.head Ilnytskyi Jaroslav M.
popup.opponent Markovych Bogdan
popup.opponent Lebovka Nikolai Ivanovich
popup.review Holovatch Yurii V.
popup.review Derzhko Oleh V.

Status

Доктор філософії, 104, Фізика та астрономія

Date

27-07-2023

Description

Дисертаційна робота присвячена моделюванню функціональних полімерних матеріалів та їх відгуку на відповідні зовнішні стимули. Зокрема, розглянуті магнеточутливі еластомери на основі частинок карбонільного заліза, фоточутливі рідкокристалічні полімерні щітки, що містять азобензенові хромофори, а також термочутливі полімерні щітки з властивостями полі(N-ізопропілакриламіду). Дослідження магнеточутливих еластомерів (МЧЕ) на основі частинок карбонільного заліза складається з декількох частин. Було здійснене порівняння потенціалів магнітної взаємодії різного типу. Показано, що врахування взаємного намагнічення між парою диполів в принципі дозволяє опис колоноподібних структур. Детальніша модель, що базується на розв'язку рівняння Лапласа для двох магнітних сфер, використана для отримання густини магнітної енергії сфероїдального МЧЕ у наближенні парних взаємодій. З використанням формалізму мікрофсери отримано вираз для розмагнічувального фактора, що збігається з відомим у теорії суцільного середовища. Досліджено вплив розподілу частинок на ефект магнетострикції МЧЕ. Розглянуті просторові впорядкування частинок у вузлах SC, FCC, BCC і HCP ґраток. Фактор магнетострикції виявився залежним від об'ємної частки частинок, що не спостерігалось для випадку взаємодіючих диполів. Також помічено залежність фактора магнетострикції від орієнтації гратки відносно напрямку магнітного поля, що видно на відмінностях у поведінці МЧЕ із FCC і HCP типами граток. Спостерігаються гігантські від'ємні значення фактора магнетострикції для SC, FCC і HCP граток при наближенні частинок на відстань близьку до їх діаметра, що може бути наслідком використаних наближень. Інший функціональний матеріал: полімерна щітка із рідкокристалічних полімерів, що містять у своїх бічних групах азобензенові хромофори. Така щітка може формувати одновісну планарну фазу (ОПФ) з фотокерованим напрямком нематичного директора, що є важливим для приповерхневого впорядкування низькомолекулярних рідких кристалів. Проведено дослідження умов формування ОПФ за допомогою методів огрубленої молекулярної динаміки. Показано, що якщо всі хромофори перебувають у немезогенному стані cis, впорядкованої планарної фази не виникає у всьому досліджуваному діапазоні густин щітки. У випадку, коли всі хромофори перебувають у мезогенному стані trans, самоорганізація призводить лише до виникнення локального впорядкування. Зрештою, якщо орієнтація хромофорів коротко наводиться орієнтуючим полем, що імітує поляризоване світло, отримується стабільна ОПФ у визначеному діапазоні густини щітки і температур. Проведено моделювання для такої рідкокристалічної щітки як функціонального матеріалу здатного адсорбувати наночастинки (НЧ), які декоровані ліґандами з рідкокристалічними групами. Розглянуто адсорбцію НЧ за умови дії світла видимої ділянки спектра. На основі аналізу профілів густини НЧ встановлено існування характерної густини щітки для оптимальної адсорбції НЧ на ній, що пояснюється зростанням кількості адсорбованих частинок із зростом кількості хромофорів у щітці, як наслідок зростання густини самої щітки. А також подальшим зменшенням адсорбованих НЧ, через неможливість для них проникнути всередину густої щітки. Адсорбція НЧ підтверджується дослідженням середньоквадратичного відхилення НЧ, яке вказує на знерухомлення адсорбованих НЧ у щітці, але не у об'ємі. Також, використовуючи метод дисипативної динаміки, досліджено модель термочутливої функціональної поверхні у вигляді полімерної щітки, що має властивості полі(N-ізопропілакриламіду) (ПНІПАМ). Гідрофільність чи гідрофобність молекул ПНІПАМ нижче T<LCST і вище T>LCST нижньої критичної температури розчинності відображено через параметризацію взаємодії полімер-розчинник згідно роботи Сото-Фіґероа та ін. Скейлінгові закони радіуса гірації та інших характеристик для окремого ланцюжка непогано узгоджуються із типовими показниками для полімерів у доброму, при T<LCST, і поганому, T>LCST, розчинниках. Для полімерної щітки модель передбачає існування оптимальної густини пришпилення полімерів ρg≈0.3, за якої зміна характеристик форми індивідуальних ланцюжків є максимальною при переході через LCST. Такий ефект пояснено, в рамках теорії Александра і де Жена, різними густинами перекриття для двох температурних режимів та витісненням розчинника з густої щітки.