Реєстраційний номер
0526U000291, Докторська дисертація
На здобуття
Доктор фізико-математичних наук
Дата захисту
15-10-2026
Статус
Захищена
Назва роботи
Дефектна структура полімерних композиційних матеріалів та її зв’язок з електрофізичними параметрами біосенсорів
Здобувач
Кавецький Тарас Степанович, Кандидат фізико-математичних наук
Консультант Ків Арік Юхимович
Опонент Балабай Руслана Михайлівна
Опонент Коцюбинський Володимир Олегович
Опонент Ковальчук Володимир Володимирович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича Національної академії наук України
Опис
Дисертація присвячена комплексному фізичному дослідженню дефектної структури типових полімерних композиційних матеріалів та механізмів впливу нанорозмірних включень на їхні електрофізичні та транспортні властивості. У роботі вперше застосовані ефективні підходи позитронної анігіляційної спектроскопії (ПАС) для розв’язання задач фізики невпорядкованих систем на субнанометровому рівні. Досліджувані полімерні матеріали розглядаються через призму локального вільного об’єму (ЛВО), який виступає власним структурним дефектом, що визначає дифузійні властивості матриці та процеси перенесення заряду на міжфазних границях. Доведено, що характеристики ЛВО фундаментально визначають ефективність масопереносу та електрофізичні параметри амперометричних біосенсорних систем.
Застосовано техніку ПАС для вивчення мікроструктурних особливостей локального вільного об’єму. Встановлено фізичні закономірності формування нанопорожнин та виникнення енергетично-нерівноважних областей (інтерфейсів) при допуванні матриць (нафіону, уреасилів, фотополімерів) наночастинками різної морфології. Вивчено ефекти впливу нановключень та фотоініціатора на процеси дефектоутворення у полімерних сітках.
Створено новий гетерогенний карбоновий матеріал із контрольованим радіусом пор, допований геміном та наночастинками золота або мікрочастинками платини. Встановлено, що така структура забезпечує ефективне безмедіаторне перенесення електронів та проявляє аномальну електрокаталітичну (пероксидазоподібну) активність, що суттєво покращує характеристики сенсорів. Доведено ефективність замикання обірваних хімічних зв’язків і посилення транспорту заряду в уреасильних композитах за використання металевих наночастинок.
Вперше досліджено кінетику фотополімеризації in-situ методами ПАС для зразків на основі акрилованої епоксидованої соєвої олії (AESO) та ваніліндиметакрилату (VDM). З’ясовано фізичні механізми формування полімерних сіток: встановлено, що допування VDM та наявність фотоініціатора різноспрямовано впливають на кінетику зшивання, проте однаково зменшують розмір порожнин вільного об’єму, обмежуючи процеси масопереносу. Керування цими топологічними параметрами дає змогу конструювати оптимальні фізичні матриці для утримання біомолекул.
Встановлено механізми фотоіндукованих структурних перетворень полімерних матриць. Комплексне дослідження методами ПАС та ІЧ-спектроскопії виявило динаміку фотодеградації AESO:VDM під час довготривалого УФ-опромінення. Зафіксовано процеси контрольованої фотоіндукованої окиснювальної деградації, які супроводжуються генерацією та подальшою рекомбінацією вільних радикалів, що безпосередньо впливають на еволюцію вільного об’єму матеріалу.
Встановлено фундаментальний характер кореляції між топологією полімерних матриць (розміром нанопорожнин, густиною зшивання) та електрофізичними параметрами амперометричних біосенсорів. Доведено, що збільшення вільного об’єму корелює зі зростанням чутливості фізичного трансдуктора.
Обґрунтовано топологічні та хімічні механізми, що пояснюють вплив морфології матриці та наноносіїв на процеси дифузії й перенесення заряду. Виявлені закономірності реалізовано практично: створені на основі уреасилів, фотозшитих полімерів та допованих карбонових волокон біоелектроди демонструють широкі межі лінійності та високу чутливість. Це робить їх перспективними для моніторингу фенолу, етанолу, глюкози та L-лактату в реальних умовах екологічних і біомедичних застосувань.
Підсумовуючи, дисертація представляє комплексне розв’язання проблеми впливу дефектної мікроструктури полімерів на ефективність електрофізичних приладів (біосенсорів). Інтегруючи результати досліджень органічно-неорганічних та фотозшитих полімерів, продемонстровано послідовну кореляцію між параметрами вільного об’єму та процесами масопереносу і транспорту заряду. Запропоновано узагальнену фізичну концепцію, в якій вільний об’єм виступає ключовим параметром, що пов’язує нанорозмірну топологію твердого тіла з його макроскопічним електрохімічним відгуком. Це відкриває нові шляхи для цілеспрямованої інженерії матеріалів сенсорної електроніки з оптимізованими характеристиками.
Дата реєстрації
2026-09-18
Додано/оновлено в НРАТ
2026-09-18 / 2026-10-20
