Registration Number
0826U004924, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
09-10-2026
popup.evolution
.
Title
Effect of particle shape and size on the structural and adsorption properties of model fluids
Author
Nazar B. Kukarkin,
popup.head Taras Patsahan
popup.opponent Stepan I. Mudry
popup.opponent Volodymyr I. Kovalchuk
popup.review Taras M. Verkholyak
popup.review Andriy B. Baumketner
popup.rada
Yukhnovskii Institute for Condensed Matter Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена вивченню впливу форми та розмірів твердих частинок на структурні та адсорбційні властивості в системах модельних плинів. Дослідження виконано методом комп’ютерного моделювання Монте-Карло в канонічному та великому канонічному ансамблях із залученням аналітичних і чисельних розрахунків. Розглянуто рівноважні системи твердих частинок складної форми в об’ємній фазі, у невпорядкованому пористому середовищі та на структурованих адгезивних поверхнях.
У першій частині роботи досліджено еквімолярні бінарні суміші твердих сферичних мономерів із димерами, жорсткими та гнучкими тримерами, короткими ланцюгами спаяних сфер і сфероциліндрами. Основну увагу приділено радіальним функціям розподілу та їхнім контактним значенням між мономерами і окремими сегментами несферичних частинок. Порівняння отриманих результатів для випадків димерів і сфероциліндрів показало, що рівність виключених об’ємів цих двох типів частинок дає змогу досягнути еквівалентності термодинамічного опису, проте не забезпечує однакової локальної структури. Відмінності радіальних функцій розподілу зумовлені формою поверхні частинок, сегментною будовою ланцюгів, їхньою гнучкістю та доступністю окремих сегментів для контакту з мономерами. У невпорядкованій твердосферній матриці ці структурні особливості зберігаються і проявляються виразніше внаслідок просторового обмеження.
Окремо проаналізовано контактні значення радіальних функцій розподілу в сумішах твердих тримерів і мономерів та перевірено точність аналітичного виразу для контактного значення між цими компонентами у полімерному наближенні Перкуса-Євіка. Показано, що його застосовність залежить від жорсткості ланцюга та співвідношення розмірів сегментів і мономерів. Для врахування впливу всіх сегментів гнучкого тримера запропоновано підхід, який ґрунтується на визначенні доступної для контакту частини поверхні сегмента. Отримані аналітичні вирази покращують опис контактних значень у границі нескінченного розведення та дають фізичне пояснення відхилень від стандартного полімерного наближення Перкуса-Євіка.
У другій частині роботи розглянуто рівноважну адсорбцію твердих дископодібних частинок на двовимірних структурованих поверхнях з круглими адгезивними ділянками, які утворюють масив впорядковано або невпорядковано розташованих доменів. Енергію притягальної взаємодії частинки з поверхнею задано пропорційною площі її контакту з доменами. Досліджено вплив розмірів доменів, ступеня покриття ними поверхні та їхнього просторового розподілу на ізотерми адсорбції і структуру адсорбованого шару. Результати показують, що адсорбційні властивості визначаються не лише загальною площею адгезивного покриття, а й співвідношенням розмірів частинок та доменів. Малі домени формують наближено однорідне поле притягання, домени, співмірні з розмірами частинок, сприяють локалізованій адсорбції, а більші домени можуть одночасно захоплювати декілька частинок.
Цю модель узагальнено на бінарну суміш частинок, які відрізняються лише енергією притягання з доменами. Це дало змогу дослідити вплив геометрії поверхні безпосередньо на селективність адсорбції. Показано, що розмір і просторове розташування доменів найбільше впливають на склад адсорбованого шару за низьких і середніх значень хімічного потенціалу, коли компоненти конкурують за енергетично вигідні положення. При щільнішому заповненні роль структури поверхні зменшується через посилення обмежень пакування.
Отримані результати уточнюють вплив форми та розмірів частинок на локальну структуру модельних плинів твердих несферичних частинок і контактні значення радіальних функцій розподілу між ними. Встановлені закономірності адсорбції твердих частинок на структурованих адгезивних поверхнях можуть бути використані для керування адсорбційною ємністю та селективністю таких поверхонь.
Registration Date
2026-08-31
popup.nrat_date
2026-08-31 / 2026-10-12
