Диссертация (1097582)
Текст из файла
Федеральное государственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА»ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиИВАНОВ Виктор АлександровичКОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ВСИСТЕМАХ ЖЕСТКОЦЕПНЫХ ПОЛИМЕРОВ И СОПОЛИМЕРОВ02.00.06 – Высокомолекулярные соединенияДиссертация на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква – 2014АннотацияВ настоящей диссертационной работе выполнено комплексное исследованиефазового поведения различных систем жесткоцепных макромолекул с помощьюкомпьютерного моделирования (преимущественно) и аналитической теории. Списокизученных систем включает в себя растворы жесткоцепных макромолекул, от предельноразбавленных(когдаисследуютсясвойстваодиночноймакромолекулы)доконцентрированных, находящихся как в свободном объеме, так и в условияхпространственныхограничений(плоскиеповерхностииплоскиеузкиеслои).Исследуются фазовые диаграммы (для малых систем, в частности, для одиночных цепейконечной длины, – диаграммы состояний, "псевдо фазовые диаграммы").
Исследованияпроводятсяпреимущественноспомощьюмезоскопическогокомпьютерногомоделирования. Основное внимание уделено решеточным моделям полимерных систем(модель цепи с флуктуирующей длиной связей) и методу Монте-Карло (МК), в том числе,врасширенныхансамблях(методрасширенногоансамблявчетырехмерномпространстве), в сочетании с алгоритмами построения функции плотности состояний (такназываемому, энтропическому моделированию и методу Ванга-Ландау). Детальноисследовано внутримолекулярное ориентационное и пространственное упорядочениезвеньев в одиночной свободной цепи в объеме и в одиночной цепи, привитой однимконцом к плоской адсорбирующей поверхности, и построены соответствующиедиаграммы состояний для одиночной цепи конечной длины.
Для систем многих цепейрассмотрено явление нематического жидкокристаллического (ЖК) упорядочения вполуразбавленных растворах и описаны методы расчета фазовой диаграммы раствора вкомпьютерном эксперименте. Обсуждаются эффекты конечного размера системы ифазовое поведение при наличии пространственных ограничений (на примере плоскогослоя). Построены фазовые диаграммы раствора в объеме и в плоском слое.2ОглавлениеВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................6!ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СИСТЕМАМ ЖЕСТКОЦЕПНЫХПОЛИМЕРОВ: ТЕОРИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТ, КОМПЬЮТЕРНОЕМОДЕЛИРОВАНИЕ .................................................................................................................16!1.1. Одиночная жесткоцепная макромолекула в предельно разбавленном растворе...................................................................................................................................................16!1.1.1.
Теория конформационного поведения одиночной макромолекулы .................16!1.1.2. Компьютерное моделирование внутримолекулярных структур и переходовмежду ними .........................................................................................................................17!1.1.3. Конформации одиночных цепей: эксперимент ..................................................19!1.2. Одиночная жесткоцепная макромолекула вблизи плоской поверхности ..........20!1.2.1. Теория и компьютерное моделирование адсорбции гибких цепей ..................20!1.2.2.
Теория и компьютерное моделирование адсорбции жесткоцепныхполимеров ............................................................................................................................24!1.3. Компьютерное моделирование гибкоцепных и жесткоцепных сополимеров....25!1.3.1. Теория и компьютерное моделирование гибкоцепных АВ-сополимеров ........25!1.3.2. Теория и компьютерное моделирование сополимеров из гибких и жесткихблоков ...................................................................................................................................29!1.4. Растворы жесткоцепных макромолекул ...................................................................30!1.4.1.
Растворы жесткоцепных полимеров в объеме – ЖК упорядочение ...............30!1.4.2. Растворы жесткоцепных полимеров в плоских слоях ......................................31!1.5. Некоторые другие актуальные направления исследования жесткоцепныхполимеров ...............................................................................................................................32!1.5.1. Упругое поведение отдельной макромолекулы.
..................................................32!1.5.2. Сетки из жесткоцепных макромолекул. .............................................................33!1.5.3. Мультимасштабное моделирование сопряженных полимеров. .....................33!1.6. Выводы по 1-ой главе ....................................................................................................34!ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ, ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИРАЗРАБОТАННЫХ В ДИССЕРТАЦИИ ..............................................................................35!2.1. Решеточная модель цепи с флуктуирующей длиной связи ...................................36!2.2.
Методы Монте-Карло для моделирования фазового равновесия и вычислениясвободной энергии .................................................................................................................38!2.2.1. Моделирование различных статистических ансамблей. .................................39!2.2.2. Стратегии выборки макросостояний в фазовом пространстве ....................40!2.2.3. Метод расширенных ансамблей. ...........................................................................42!2.2.4. Метод моделирования в расширенном ансамбле в четырехмерномпространстве.
....................................................................................................................44!2.2.5. Метод «параллельного регулирования» ...............................................................47!2.2.6. Метод пересчета гистограмм. ..............................................................................48!2.2.7. Метод конечномерного масштабирования. ........................................................48!2.3. Алгоритм Ванга-Ландау................................................................................................48!2.4.
Методы расчета давления в решеточных моделях Монте-Карло для расчетауравнения состояния полимерного раствора ..................................................................54!2.4.1. Метод термодинамического интегрирования. ..................................................56!2.4.2. Метод отталкивающей поверхности .................................................................57!2.4.3. Метод седиментационного равновесия.
..............................................................57!2.5. Моделирование в большом каноническом ансамбле с использованиемалгоритма с конформационным смещением выборки ..................................................60!32.6. Выводы по 2-ой главе ....................................................................................................62!ГЛАВА 3.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОДИНОЧНОЙЖЕСТКОЦЕПНОЙ МАКРОМОЛЕКУЛЫ .........................................................................63!3.1. Одиночная жесткоцепная макромолекула в предельно разбавленном растворе...................................................................................................................................................64!3.1.1. Модель системы и методика компьютерного эксперимента .........................64!3.1.2.
Внутримолекулярные структуры в одиночной жесткоцепноймакромолекуле и диаграмма состояний для 80-звенной цепи ....................................66!3.1.3. Анализ конформационных переходов при изменении жесткости ипостоянной температуре. ...............................................................................................69!3.1.4. Сравнение диаграмм состояний для разных длин цепей...................................77!3.1.5. Теория для тороидальной глобулы и сравнение ее с моделированием ............79!3.1.6. Зависимость перехода клубок-глобула от жесткости в одиночнойжесткоцепной макромолекуле ........................................................................................84!3.1.7.
Переход жидкая-твердая глобула в одиночной жесткоцепноймакромолекуле ....................................................................................................................85!3.1.8. Полная диаграмма состояний одиночной жесткоцепной макромолекулы впредельно разбавленном растворе...................................................................................87!3.1.9. Анализ переходов клубок - глобула и жидкая - твердая глобула втермодинамическом пределе бесконечно длинной цепи с помощью методаконечномерного масштабирования ................................................................................93!3.2.
Одиночная жесткоцепная макромолекула вблизи плоской поверхности ..........97!3.2.1. Модель системы и методика компьютерного эксперимента .........................97!3.2.2. Внутримолекулярные структуры в одиночной привитой жесткоцепноймакромолекуле вблизи плоской адсорбирующей поверхности ...................................99!3.2.3. Переходы между структурами в одиночной привитой жесткоцепноймакромолекуле вблизи плоской адсорбирующей поверхности .................................106!3.2.4.
Полная диаграмма состояний одиночной привитой жесткоцепноймакромолекулы вблизи плоской адсорбирующей поверхности ................................112!3.3. Выводы по 3-ей главе ..................................................................................................115!ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛУРАЗБАВЛЕННЫХ ИКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ ЖЕСТКОЦЕПНЫХ МАКРОМОЛЕКУЛ.....................................................................................................................................................119!4.1. Фазовая диаграмма раствора жесткоцепных макромолекул в свободномобъеме.....................................................................................................................................119!4.1.1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
