Диссертация (Компьютерное моделирование фазового равновесия в системах жесткоцепных полимеров и сополимеров), страница 4

Предложена первичнаяпоследовательность АВ-сополимера, которая уменьшает агрегационное число мицелл вселективном для блоков А и В растворителе и способствует ускорению адсорбциимакромолекул на поверхностях по сравнению с диблок-сополимером такого же состава.106)Продемонстрированоизменениеконформационногоповедениягибко-жесткоцепного сополимера путем изменения соотношения длин жесткого и гибкогоблоков.

Показано, что с помощью варьрирования длин блоков можно получить переход отконформации типа «гантель» к конформации типа «сатурн».7) Впервые построена теория упругого светорассеяния в изотропных растворахжесткоцепных полимеров с персистентным механизмом гибкости. Получено хорошеесогласие теории с экспериментом.8) Разработан новый алгоритм расширенного ансамбля в 4-мерном пространстведля эффективного моделирования внутриглобулярных ориентационно-упорядоченныхструктур в одиночной жесткоцепной макромолекуле.9) Разработаны алгоритмы для расчета полной функции плотности состояний(алгоритм Ванга-Ландау) в применении к системам жесткоцепных полимеров, в томчисле, в сочетании с алгоритмами расширенных ансамблей (для обеспеченияравномерного изменения значений параметра внешнего поля, что было впервыереализовано в применении к жесткоцепным полимерам).10) Разработана методика расчета давления в компьютерном моделировании спомощью метода Монте-Карло для решеточных моделей и получено уравнение состояниядля растворов жесткоцепных полимеров.Научная новизна.Все результаты являются новыми (или полученными впервые с помощьюкомпьютерного моделирования).

Особо следует отметить приоритет следующихрезультатов:1) впервые построена диаграмма состояний одиночной жесткоцепной макромолекулыв объеме и вблизи плоской поверхности для цепей конечной длины и в ТД пределе;вмоделированиивпервыеполученытороидальныеконформациидляжесткоцепных полимеров;2) показано, что изменение жесткости цепи может приводить к изменениювнутренней структуры адсорбированной глобулы;3) показано, что изменение длины блока гибко-жесткоцепного сополимера можетприводить к существенному изменению структуры глобулы;4) построенатеориясветорассеяниявизотропномрастворежесткоцепныхмакромолекул с персистентным механизмом гибкости;5) получено микрорасслоение различного типа в глобулярной конформацииодиночной длинной цепи АВ-сополимера;6) построена фазовая диаграмма раствора жесткоцепных полимеров в тонком слое;117) разработан новый метод расширенного ансамбля в четырехмерном пространстведля моделирования плотных глобулярных конформаций одиночных жесткоцепныхмакромолекул и сополимеров;8) разработана методика измерения давления в решеточных моделях с учетомвлияния конечного размера системы.Научная, практическая и методическая значимость.В данной диссертационной работе впервые получена достаточно полная картинасвойств различных систем жесткоцепных полимеров и сополимеров.

Моделированиепозволило правильно отобразить вклад всех возможных структур (фаз) на диаграммахсостояний (фазовых диаграммах) соответствующих систем (одиночные макромолекулы ирастворы, в свободном объеме и вблизи плоской поверхности или в плоском слое) иликвидировать имевшиеся пробелы в понимании сути происходящих физическихпроцессов.Методика мезоскопического моделирования фазового поведения полимерныхсистем была значительно усовершенствована, в частности, был разработан новыйалгоритм расширенного ансамбля в четырехмерном пространстве для моделированияплотных глобулярных конформаций, а также были детально проанализированы различныеспособы расчета давления при моделировании с помощью решеточных алгоритмов иметода Монте-Карло. Ценность мезоскопического компьютерного моделирования сиспользованием частиц состоит в том, что оно позволяет точно исследоватьразработанную модель, без использования приближений, необходимых, например, втеории среднего поля, что позволяет правильно определить род фазовых переходов.Важное методологическое значение разработки алгоритмов для правильного расчетадавления в компьютерном моделировании обусловлено необходимостью определенияравновесия фаз в различных полимерных системах.Практическая значимость данной работы состоит в том, что полученные вдиссертации результаты могут быть использованы для направленного поиска полимерныхматериалов с нужными свойствами, а разработанные компьютерные программы могутбыть использованы для включения в полную схему многомасштабного моделированияполимерных систем с внутрицепной жесткостью.Достоверность полученных результатов обеспечена проведенным сравнением сэкспериментальнымиданнымиисизвестнымитеоретическимирезультатами,применением современных алгоритмов компьютерного моделирования, использованиемспециальных современных методик проверки правильности работы компьютерныхпрограмм, в том числе, тестированием программ на хорошо известных и проверенных12ранее системах, а также большой статистикой накопленных данных моделирования ииспользованием большого числа независимых стартовых конформаций.Апробация работы.Основные результаты диссертационной работы были представлены в докладах на21 международной и 6 всероссийских конференциях, в том числе, на 2-ом Всесоюзномсимпозиуме"Жидкокристаллическиеполимеры"(Суздаль,январь1987),наМеждународной конференции "Problems of Condensed Matter Theory" (Москва, июнь1997), на 3-ей, 4-ой и 5-ой Всероссийской Каргинской конференции (Москва, январь 2004,С.-Петербург, июнь 2007, Москва, июнь 2010), на 2-ом, 3-ем, 4-ом, 5-ом, 6-ом и 7-омМеждународном симпозиуме “Molecular Mobility and Order in Polymer Systems” (С.Петербург, 1996, 1999, 2002, 2005, 2008, 2011), на Международной конференции"Nonlinear Dynamics in Polymer and Related Fields" (Москва, 1999), на Международнойконференции "Europhysics Conference on Computational Physics" (Германия, Ахен,сентябрь 2001), на Международной конференции SIMU Conference “Bridging the TimeScale Gap” (Германия, Констанц, сентябрь 2001), на Российско-немецком научномсеминаре "Компьютерное моделирование макромолекулярных систем" (Москва, май2002), на 5-ом Международном конгрессе по математическому моделированию (Дубна,октябрь 2002), на Международной конференции NATO ASI School "Forces, Growth andForm in Soft Condensed Matter: At the Interface between Physics and Biology" (Geilo,Норвегия, Гейло, март 2003), на Международной школе-симпозиуме "Hairy Interfaces andStringy Molecules" (Дания, Оденсе, август 2003), на Международной школе "ComputationalSoft Matter: From Synthetic Polymers to Proteins" (Германия, Бонн, январь 2004), наЕвропейском полимерном конгрессе (Москва, июнь 2005), на Международномсимпозиуме «Статистическая физика полимеров: новые достижения», (Москва, июнь2006), на Всероссийской школе по математическим методам для исследования полимерови биополимеров (Петрозаводск, июнь 2006), на 23-ей Международной конференции постатистической физике "Statphys 23" (Генуя, Италия, июль 2007), на Международномсимпозиуме “Theory and computer simulation of polymers: new developments” (Москва,июнь 2010), на 24-ой Международной конференции по жидким кристаллам (Германия,Майнц, август 2012), на Международном симпозиуме "Statistical Mechanics: Interplay ofTheory and Computer Simulations" (Германия, Майнц, сентябрь 2012), на Всероссийскойконференции «Актуальные проблемы физики полимеров ибиополимеров» (Москва,октябрь 2012), на 25-ой конференции IUPAP по компьютерной физике (Москва, август2013).

Всего было представлено 10 устных докладов и 33 стендовых докладов, из нихлично автором – 10 устных докладов и 15 стендовых докладов.13Публикации.Результаты, вошедшие в данную диссертационную работу, опубликованы в 4главах в книгах и коллективных монографиях, в 23 статьях в рецензируемых научныхжурналах, а также в 38 тезисах докладов на российских и международных конференциях(всего по теме диссертации опубликовано 65 печатных работ).Личный вклад автора состоял в планировании исследований, в постановке задачи выборе методов исследования, в разработке компьютерных алгоритмов, в написанииновых и модернизации имеющихся компьютерных программ, в непосредственном запускекомпьютерных программ для выполнения расчетов и получения исходных данных, ванализе результатов, их обобщении, сравнении с известными экспериментальнымиданными, а также в написании текстов научных статей.

Выводы диссертации основаны наданных, полученных автором лично или при его непосредственном участии в ходесовместных исследований с соавторами научных публикаций по теме диссертации, в томчисле, студентами, аспирантами и сотрудниками под его руководством (М.Р.Стуканом,Ю.А.Мартемьяновой,А.С.Родионовой,Д.Н.Голубовским,Н.В.Давыдовым,Л.А.Спириным, Е.А.Аном, Ю.В.Трухиной). В диссертации частично использованы идеи ирезультаты, принадлежащие М.Р.Стукану и опубликованные в соавторстве с ним.Основные статьи по теме диссертации подготовлены лично автором или при егонепосредственном участии.

По тематике представленной диссертации были защищены(под руководством автора) более 10 дипломных работ (фамилии некоторых дипломниковперечислены выше), две диссертации на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук (М.Р.Стукан, Ю.А.Мартемьянова) и одна диссертация готовится кзащите (А.С.Родионова).Структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов и спискалитературы (377 ссылок).