Решеточные модели лиотропного жидкокристаллического упорядочения (1104577), страница 3
Текст из файла (страница 3)
разработан метод приближенных вычисленийгеометрии гироидных поверхностей [18], основанный на свойствахскелетного графа Шоена и поверхностей Шварца. С помощью этогометода можно описывать также фазы с симметрией R m, как поверхностирода 3 [a18], рис. 8, метод Брукмана использовался Холмсом при оценкеструктурных параметров наблюдаемых на эксперименте сетчатых фаз.1750450T, C4035302515202530354045505560весовая концентрация C16EO6Рис. 7. Фазовая диаграмма системы C16EO6/2H2O в области весовойконцентрации сурфактанта 48 - 62% [a18], обозначены ламеллярная фаза(Lα), случайная mesh фаза (LαH ), промежуточная (Int.), bcc - фаза (V1),гексагональная (H1) и гелевая фаза (Lβ).
Пунктирной линией выделенаграница области, где фаза LαH становится нестабильной и вероятнососуществование двух фаз с промежуточной фазой вдоль всегоисследуемого диапазона.Рис. 8. Единичная структурная ячейка трехсвязной mesh фазы.Вкачествеальтернативногометодарасчетавдиссертациирассмотрены случайные поверхности без самопересечений, которыеконструируются на дуальной решетке [a19], что позволило вычислять18двухкомпонентный гамильтониан модели Изинга и его статистическуюсумму с учетом трех типов связей при наличии дуальной решетки.Кривизна в этом случае является трехкомпонентной и нормируетсядействием в римановой метрике.Гамильтониан свободной энергии на исходной решетке ОЦК имеетвидH = − ∑ [ J1σ uσ v +< uv >β=1,k BTkB1rrrrJ 2 (σ v su ruv + σ u sv rvu )] − µ s ∑ (1 − σ u 2 ) ,3u(3)- постоянная Больцмана и Т- абсолютная температура,спиновые переменные σi (σi =1,0) соответствуют молекулам воды иrrсурфактанта, ruv – вектор в направлении от узла u к узлу v, su - векторориентации молекул, находящихся в соответствующих узлах, µs, –химический потенциал сурфактанта,J1 и J2- константы ориентационного взаимодействия.
Гамильтонианмодели, построенный на дуальной решетке, и статистическая сумма в этомслучае включают в себя кривизну поверхности [19].39,038,538,0R, отн. ед.37,537,036,536,035,535,00,650,700,750,80λ, отн. ед.Рис. 9. Зависимость кривизны сетчатой фазы от концентрации неионногосурфактанта, построенная по результатам численного моделирования.19Результатом компьютерного моделирования методом Монте-Карлоявляется концентрационная зависимость структурных параметров (рис. 9),имеющаякачественноеоднокомпонентнойсогласиеусредненнойсаналогичнойсреднейкривизны,зависимостьюполученнойБрукманом.В 5 главе также оценены возможности применения нелинейной σ модели для интерпретации эволюции сетчатых фаз [а6] и найденыэнергетические соотношения между ламеллярной, гексагональной исетчатой фазами.В заключении сформулированы основные выводы и результатыработы.Приложение 1 Номенклатура лиотропных ЖК фаз.Приложение 2 Используемые структурные формулы.Приложение 3 Блок-схемы алгоритмов Монте-Карло.Приложение 4 Моделирование датчиков концентрации.В этом четвертом приложении рассмотрены варианты устройств дляопределения рН растворов, схемы измерений включают волоконнооптические датчики (ВОД) [1-4], [9,10].
Принцип их работы основан насмещенииспектрафлюоресцентнойэмиссиивзависимостиотлиомезоморфизма раствора липида DMPG.Результаты работыДля анализа лиотропного мезоморфизма системы DMPC/C12E8/H2Oсоставлена модель типа Блюма-Капеля. Найдена зависимость увеличенияпериода повторяемости мультиламеллярной везикулы от концентрациинеионного сурфактанта C12E8.Разработан метод расчета термодинамических свойств агрегатовсистемытипавода/масло/сурфактант/косурфактант20вдинамическихпеременных с использованием гамильтониана типа спинового стекла вмоделировании методом Монте-Карло.На основе построенной спиновой модели численно оценена эволюциямикро- и наноскопических поверхностных в везикулах в липидной смесиDPPC/DLPC/холестерол.Для растворов неионных сурфактантов C16EO6/2H2O и C30EO9/2H2Oчисленнопромоделированпереходизламеллярнойфазывгексагональную в фазу с ромбоэдрической симметрией R m в рамкахспиновой модели и найдена структурные параметры мезофазы.Предложена модель липидного волоконно-оптического датчика дляизмерения концентрации молекул и ионов в растворителе.Научная новизна результатовВ диссертационной работе впервые поставлена и решена задача остабилизации ламеллярной фазы в тройной системе липида DMPC, воды исурфактанта C12E8 в многослойной везикуле в рамках решеточной моделиБлюма-Капеля.
Предложена интерпретация фазового перехода из бислояводного раствора DMPC в многослойную везикулу DMPC/C12E8/H2O.Впервые интерпретировано образование микро- и наноскопическихповерхностных областей в везикулах системы DPPC/DLPC/холестерол,проходящеедобавлениемвусловияххолестерола,лиотропногорезультатыперехода,индуцированногопроверенычисленныммоделированием Монте-Карло на решетке.Разработан метод вычисления структурных параметров сетчатой фазыс симметрией R m в системах с неионным сурфактантом типа CmEOn/2H2O,основанный на решеточной модели с топологическим инвариантом.21Научно-практическая ценностьРазвитыевработеконструированииметодырасчетаволоконно-оптическихмогутприменятьсядатчиков,впричастности,основанных на принципе изменения параметров излучения в зависимостиот лиотропных свойств среды, на этапе выбора чувствительного элемента стребуемыми физическими и химическими свойствами.Предсказание критического поведения лиотропных ЖК фаз иагрегатов имеет значение при синтезе новых соединений с аналогичнымитермодинамическими и мезоморфными свойствами.ВыводыКак показано в главе 2, теория среднего поля неадекватно отражаетхарактер лиотропных переходов применительно к задачам о смектическихфазах в липид-сурфактантных водных растворах, использование спиновойрешеточноймоделипозволяетуточнятьструктурумезоморфныхпоследовательностей в зависимости от состава смесей.Микроскопический анализ (глава 3) позволяет оценивать размерныеэффекты, происходящие на двух различных масштабах агрегации.
В фазахмикроэмульсийсистемпроиллюстрироватьвода-масло-сурфактант-косурфактантэффективностьрешеточныхможномоделей,сформулированных в динамических переменных, для наблюдаемых наэксперименте масштабных эффектов.Как показано в главе 4, эффекты различной природы в липидныхагрегатах, такие, как образование поверхностных доменов в везикулах инабухание ламеллярной структуры, целесообразно интерпретировать наязыке спиновых решеточных моделей в сочетании с топологическиманализом.22На основе вычислений, представленных в главе 5, можно заключить оцелесообразности дискретизировать в виде изинговой модели энергиюслучайных поверхностей без самопересечений, что позволяет вычислятьпараметры сетчатых лиотропных структур.23Список публикаций автора1. Быковский Ю.А., Ельникова Л.В. Волоконно-оптические датчикиконцентрации примесей в воде и волоконно-оптические датчики рН //Научная сессия МИФИ-2000.
Сб. науч. трудов. М. 2000, Т. 4, С. 204205.2. Ельникова Л.В. Жидкие кристаллы в биохимических волоконнооптических датчиках // Научная сессия МИФИ-2001. Сб. науч. трудов.М. 2001, Т. 4, С. 231.3. Ельникова Л.В. Принцип измерения концентрации растворов спомощью лиотропных жидких кристаллов // Сб. трудов конференции"Оптика-2001".
СПб. 2001.4. Ельникова Л.В. Измерение концентрации растворов с помощьюлиотропной жидкокристаллической фазы // Пятая научная конференциямолодых учёных и специалистов ОИЯИ. Дубна. 2001., С. 13.5. Ельникова Л.В. Критические явления в лиотропных системах // Научнаясессия МИФИ-2003. Сб. науч. трудов, Т. 4, С. 170-171.6. Ельникова Л.В. Образование ламеллярных фаз лиотропных жидкихкристаллов в решеточных моделях Изинга // Седьмая научнаяконференция молодых ученых и специалистов ОИЯИ. Тезисы докладов.Дубна 2003, C. 205-207.7.
El'nikova L.V., Ryabinkina V.A. The optical monitoring for lyotropic liquidcrystalline mesophases // II International Conference Laser Optics for YoungScientists. LOYS-2003. (30.06-4.07.2003) St. Petersburg 2003.8. Ельникова Л.В. Численное моделирование Монте Карло мезоморфныхпревращений в смесях фосфолипидов // IV Национальная конференцияпоприменениюРентгеновского,24Синхротронногоизлучений,Нейтронов и Электронов для исследования материалов. ИК РАН им.А.В.
Шубникова. Тезисы докладов РСНЭ. Москва 2003, С. 330.9. Ельникова Л.В. Численное моделирование мезоморфных превращенийв лиотропных системах, влияющих на их оптические свойства //Оптика-2003. Труды третьей международной конференции молодыхученых и специалистов. Санкт-Петербург, 20-23 октября 2003. Под ред.проф. С.А.
Козлова. С. 232.10. Ельникова Л.В. Мезоморфизм смеси C12EO6/H2O // Научная сессияМИФИ-2004. Сб. науч. трудов. М. 2004., Т.4., С. 190.11. Ельникова Л.В. Методы определения концентрации в ламеллярныхфазах фосфолипидов // Сб. трудов конференции "Фундаментальныепроблемы оптики-2004" (Proceeding BPO-2004). СПб.
2004, С. 317.12. Ельникова Л.В. Решеточная модель образования смектических фаз ввезикулах системы вода-липид-неионный сурфактант // Жидкиекристаллы и их практическое использование. 2005, Вып. 1-2 (11-12). С.95 - 100.13. El'nikova L.V., 3D Lattice Model for the Phase Transition in aWater/Oil/Surfactant/Cosurfactant Mixture, J. Solid State Phenomena 2006,V. 115, P. 315-318.14.
Ельникова Л.В. Наноразмерные поверхностные эффекты в липидныхвезикулах//VНациональнаяконференцияпоприменениюРентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электроновдля исследования материалов. Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова. Тезисы докладов РСНЭ НАНО-2005. Москва 2005, С. 207.15. Ельникова Л.В. Метод позитронной аннигиляции в исследованияхлиотропных агрегатов // Научная сессия МИФИ-2005. М.2005, Сб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
