Автореферат (1103089)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиМадуар Салим РушдиевичИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ТЕЧЕНИЕЖИДКОСТИ В ЗАРЯЖЕННЫХ КОЛЛОИДНЫХСИСТЕМАХСпециальность 01.04.07 ––«Физика конденсированного состояния»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква –– 2017Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов Физическогофакультета МГУ имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наукВиноградова Ольга ИгоревнаОфициальные оппоненты: Щекин Александр Кимович, доктор физикоматематических наук, член-корреспондент РАН,Санкт-Петербургский Государственный УниверситетДемехин Евгений Афанасьевич, доктор физикоматематических наук, Финансовый университет приПравительстве Российской Федерации, Краснодарский филиалВасилевская Валентина Владимировна, докторфизико-математических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им.А.Н.
Несмеянова Российской академии наукЗащита состоится 08 июня 2017 г. в 15:30 часов на заседании диссертационного совета МГУ.01.01 Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Физический факультет МГУ, ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д. 27) и на сайте ИАС«ИСТИНА»: https://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/31666116/.Автореферат разослан 20 апреля 2017 года.Ученый секретарьдиссертационного совета МГУ.01.01,кандидат физико-математическихнаукЛаптинская Татьяна ВасильевнаОбщая характеристика работыАктуальность темы. Вблизи практически любой поверхности в растворе электролита образуется диффузный электростатический слой (ДЭС), с которым связано множество явлений в коллоидных, электрохимических и биологических системах.
С одной стороны, ДЭС существенно влияет на равновесные свойства системы, так как между частицами и поверхностями в раствореэлектролита возникают дальнодействующие электростатические силы. С другой стороны, с ДЭС связаны и динамические свойства систем. Под действиемвнешних полей возникают различные электрокинетические явления, такие какэлектроосмос, электрофорез, диффузиоосмос и др.Ионные равновесия и структура ДЭС очень чувствительны к поверхностному заряду, его распределению, проницаемости поверхности для ионови т.д. Существуют синтетические и биологические системы с особыми свойствами поверхности: избирательной проницаемостью (полупроницаемостью)к ионам, неоднородностью распределения поверхностного заряда и его латеральной подвижностью.
Однако в подавляющем числе теоретических моделейпредполагается, что поверхности однородны, непроницаемы, а поверхностныйзаряд неподвижен.Кроме того, бурно развиваются области микро- и нанофлюидики, гдеважна разработка новых методов управления течением жидкости и движением частиц для решения технологических задач и разработки миниатюризированных устройств. Возможным решением является инициирование электроосмотических и диффузиоосмотических течений наряду с использованием гидрофобных материалов, так как в микро- и наноканалах механические методысоздания течений неэффективны.
В связи с этим необходимо разработать теории электрокинетических явлений, учитывающие как гидрофобное проскальзывание жидкости, так и особые ионные равновесия, вызванные латеральнойподвижностью поверхностных зарядов и полупроницаемостью поверхности.Исследования поддержаны грантом РФФИ (проект 12-03-00916 “Электроосмотические равновесия в многофазных полиэлектролитных микро- инаносистемах” (2012 – 2014 г.), руководитель – д.ф.-м.н. О.И.
Виноградова);грантом РФФИ (проект 15-01-03069 “Гидродинамические течения и транспортчастиц в анизотропных супергидрофобных микроканалах” (2015 – 2017 г.),руководитель – д.ф.-м.н. О. И. Виноградова); грантом РФФИ (проект 16333-00861 “Компьютерное моделирование ионных равновесий и деформацииполимерных микро- и нанокапсул в растворе электролита” (2016 – 2017 г.),руководитель – С.Р.
Мадуар); премией имени А. Н. Фрумкина за опубликованные работы студентов и аспирантов (2014 г.); стипендией ПрезидентаРФ для аспирантов (2015/2016 учебный год) и премией имени академикаВ.А. Кистяковского (2016 г.).Целью данной работы является установление связи физико-химическихсвойств поверхности с ионными равновесиями, её электрокинетическими характеристиками и взаимодействием с другими объектами в растворе электролита.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:1. Исследовать совместное влияние поверхностного заряда и полупроницаемости поверхности на ионные равновесия, её электростатическое взаимодействие и электрокинетические характеристики.2.
Разработать приближенные методы описания ионных равновесий изакономерностей электростатического взаимодействия вблизи неоднородно заряженных поверхностей.3. Описать теоретически и провести компьютерное моделированиеэлектрокинетических характеристик гидрофобных поверхностей,рассмотреть влияние латеральной подвижности поверхностныхзарядов.4. Изучить течение жидкости и частиц, возникающее в растворе светочувствительного поверхностно-активного вещества (ПАВ) при облучении светом. Выявить связь скорости течения жидкости с концентрацией ПАВ, концентрацией электролита и поверхностной плотностью заряда.Научная новизна:1. Выведены асимптотические выражения для потенциала поверхностии силы взаимодействия полупроницаемых мембран в растворе электролита в зависимости от расстояния между ними и их поверхностного заряда.
Разработана концепция эффективного заряда для описанияполупроницаемых поверхностей. Показано, что эффективный зарядотличается от реального и даже может иметь противоположный знак.42. Получены аналитические выражения для электростатического взаимодействия нейтральной полупроницаемой мембраны с неоднороднозаряженной поверхностью.
Показано теоретически и подтвержденометодами компьютерного моделирования, что неоднородное распределение заряда приводит к сильному уменьшению электростатического отталкивания между поверхностями.3. Впервые в компьютерном моделировании методом диссипативнойдинамики частиц доказана применимость электрогидродинамического граничного для описания гидрофобных поверхностей сподвижными зарядам. Предложена обобщенная интерпретациядзета-потенциала поверхности, позволяющая учитывать гидрофобное скольжение и латеральную подвижность заряда.4. Предложена математическая модель локального диффузиоосмотического течения жидкости, инициированного градиентом ионогенногоПАВ, вблизи твердой поверхности.
Выявлена зависимость скороститечения от концентрации электролита и ПАВ. Теоретическая модельподтверждается экспериментальными данными.Практическая значимостьПолученные аналитические выражения для электростатических сил позволяют описывать экспериментальные данные о взаимодействии полупроницаемых или неоднородно заряженных поверхностей в растворе электролита.
Онитакже важны для управления самоорганизацией, коагуляцией и адгезией проницаемых и неоднородных частиц.Электрогидродинамическое граничное условие может быть использовано для решения инженерных задач в области микро- и нанофлюидики. Проведенный анализ электрокинетических явлений позволяет создавать устройствадля характеризации свойств поверхностей на основе измерения электроосмотической подвижности жидкости и частиц. Управляемое светом диффузиоосмотическое течение жидкости позволяет контролируемо собирать или рассеивать частицы в определенной области, что можно использовать для локальной(в пределах нескольких микрометров) очистки поверхностей.Основные положения, выносимые на защиту:1. Аналитические выражения для потенциала поверхности и силы взаимодействия полупроницаемых мембран в растворе электролита в за5висимости от расстояния между ними и поверхностной плотности заряда.
Концепция эффективного заряда для описания полупроницаемых поверхностей.2. Теоретическая и компьютерная модель для вычисления силы взаимодействия в системах с неоднородно заряженными и полупроницаемыми поверхностями.3. Электрогидродинамическое граничное условие для описанияэлектроосмотического течения жидкости вблизи гидрофобныхповерхностей. Аналитические выражения для дзета-потенциала искорости течения жидкости вблизи поверхностей с произвольнойстепенью гидрофобности и с произвольной латеральной подвижностью поверхностного заряда.4. Математическая модель локального диффузиоосмотического течения жидкости, индуцированного градиентами ионогенных ПАВ.Публикации и апробация работы.
По материалам диссертационнойработы опубликовано 5 статей в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, и 11 тезисов всероссийскихи международных конференций. Результаты настоящего исследования былипредставлены на следующих научных конференциях:1. XI конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭРАН “Физикохимия – 2016”, Москва, 6 – 8 декабря 2016 г.2. “The 4th International Soft Matter Conference (ISMC2016)”, Гренобль,Франция, 12 – 16 сентября 2016 г.3. X конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭРАН “Физикохимия – 2015”, Москва, 1 – 3 декабря 2015 г.4.
XXII международной научной конференции студентов, аспирантов имолодых учёных “Ломоносов-2015”, Москва, 13 – 17 апреля 2015 г.5. 38-х Фрумкинских чтениях по электрохимии, Москва, 21 ноября2014 г.6. IX конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭРАН “Физикохимия – 2014”, Москва, 2 – 5 декабря 2014 г.7. VIII конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ“Физикохимия – 2013”, Москва, 11 – 13 ноября 2013 г.68. “Faraday Discussion 166, Self-assembly of Biopolymers”, Бристоль, Великобритания, 16-18 сентября 2013 г.9. “IV International Conference on Colloid Chemistry and PhysicochemicalMechanics”, Москва, 30 июня–5 июля 2013 г.10.
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}
