Теоретическое изучение влияния электростатических взаимодействий и первичной структуры макромолекул на их самоорганизацию (1104942)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиВенёв Сергей ВалериевичТеоретическое изучение влиянияэлектростатических взаимодействий ипервичной структуры макромолекул на ихсамоорганизацию02.00.06 – Высокомолекулярные соединенияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2011Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов Физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор, Игорь Иванович ПотёмкинОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,Анатолий Анатольевич Даринский,доктор физико-математических наук,Юрий Анатольевич КриксинВедущая организация:ГОУ “Тверской государственный универ­ситет”Защита состоится 1 июня 2011 г.

в 15 часов 30 минут на заседании диссерта­ционного совета Д501.002.01 при Московском государственном университетеимени М.В. Ломоносова, расположенном по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.1, стр.2С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического факультетаМГУ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан 29 апреля 2011 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д501.002.01,кандидат физико-математических наук, доцентТатьяна Васильевна ЛаптинскаяОбщая характеристика работыАктуальность работыВ целом ряде задач физики полимеров, привлекающих пристальное вни­мание со стороны исследователей, электростатические взаимодействия и ихвзаимосвязь с первичной структурой макромолекул оказывают существенноевлияние на поведение системы.

К такого рода задачам, в частности, можноотнести самоорганизацию амфифильных макромолекул (в т.ч. блочной струк­туры), образующих в селективном растворителе надмолекулярные агрегатыразличных форм и размеров (сферические и цилиндрические мицеллы, бислои и т.д.). Способность к самоорганизации и возможность управлять ею,варьируя внешние параметры системы (качество растворителя, и др.),обуславливают широкий спектр потенциальных применений таких систем, вчисле которых адресная доставка лекарств, каталитические контейнеры дляхимических реакций, стабилизаторы коллоидных частиц и т.д.

Достижениюуспеха в практической реализации упомянутых применений способствует вве­дение дополнительных “рычагов” управления самоорганизацией. Добитьсяэтого можно за счет усложнения системы, например, () заменив нейтраль­ную растворимую часть амфифильной макромолекулы на полиэлектролит­ную или () усложнив первичную структуру макромолекулы. В первом слу­чае баланс между электростатической энергией и трансляционной энтропи­ей мобильных противоионов является дополнительным “рычагом”, которымможно регулировать самоорганизацию, например, за счет введения низкомо­лекулярной соли или изменяя концентрацию макромолекул. Второй способстановится все более и более популярным в последнее время благодаря интен­сивному развитию методов синтеза сложных макромолекул.

Так, например,амфифильные макромолекулы с градиентной первичной структурой (гради­ентные сополимеры) обладают рядом преимуществ с точки зрения практиче­ских применений по отношению к блочным макромолекулам. Многие важные3аспекты поведения таких систем нуждаются в физической интерпретации.В задачах связанных с изучением биологических полиэлектролитов, та­ких как ДНК, жесткость полимерной цепи зачастую оказывается важнымфактором.

Модельная задача о растворе жесткоцепных полиэлектролитовпозволяет глубже понять физические принципы, определяющие поведениетаких систем, в т.ч. явление нематического упорядочения. Влияние электро­статического взаимодействия и его взаимосвязь с первичной структурой жест­коцепных полиэлектролитов являются, таким образом, важными вопросамисовременной физики полимеров.Цели диссертационной работы1. Теоретическое изучение влияния равновесного распределения противо­ионов на мицеллообразование в растворе диблок-сополимеров с поли­электролитным блоком;2. теоретическое изучение влияния взаимосвязи электростатических вза­имодействий и первичной структуры на нематическое упорядочение врастворах жесткоцепных полиэлектролитов: учет дискретности распре­деления заряда вдоль по цепи;3. теоретическое исследование равновесного поведения плотнопривитойщетки градиентных сополимернов в селективном растворителе.Научная новизна работыАвтором впервые получены и выносятся на защиту следующие основныетеоретические результаты:1.

Предложена среднеполевая теория мицеллообразования в бессолевомрастворе диблок-сополимеров с полиэлектролитным блоком, в рамкахкоторой была использована трехзонная модель для описания распре­деления противоионов, позволяющая исследовать неоднородность рас­4пределения противоионов за пределами мицеллярной короны. Фазовыедиаграммы раствора, включающие области сосуществования фаз, по­строены в полном диапазоне концентрации диблок-сополимера.

Наря­ду с традиционными растворимыми мицеллами (сферической и цилин­дрической форм и ламеллами) были обнаружены области термодина­мической стабильности инверсных структур. Было показано, что нали­чие заряженных групп практически не влияет на поведение растворадиблок-сополимеров с полиэлектролитным блоком в области высокихконцентраций, в то время, как при низких концентрациях раствора на­личие заряженных групп усиливает стабильность сферических мицелл:они остаются стабильными даже в случае очень коротких растворимыхблоков, где нейтральные мицеллы меняют морфологию.2. Предложена теория, описывающая электростатические взаимодействияв беcсолевом растворе жесткоцепных полиэлектролитов.

Раствор рас­смотрен по аналогии с классической плазмой Дебая-Хюккеля, включа­ющей заряженные “стержни” и точечные противоионы. Расположениезаряженных групп на “стержнях” учтено точным образом. Предложен­ная теория демонстрирует бо́льшее эффективное притяжение междузаряженными компонентами системы, а также более сильное ориенти­рующее действие электростатических взаимодействий по сравнению стеориями, где пренебрегается точечность зарядов вдоль “стержней”.3. Предложена среднеполевая теория для описания равновесного поведе­ния плотнопривитых щеток градиентных сополимеров в селективномрастворителе в приближении Александе́ра-де Жена. Градиентный сопо­лимер моделируется при помощи эффективного параметра взаимодей­ствия Флори-Хаггинса, изменяющегося вдоль по цепи.

Наряду с силь­ной вытяжкой цепей в щетке, теория предсказывает немонотонное по­5ведение профиля плотности щетки и зависимости ее равновесной тол­щины от композиции сополимера даже при незначительной несовмести­мости мономерных звеньев сополимера.Научная и практическая значимость работыПолученные результаты носят фундаментальный характер и представля­ют интерес для понимания природы и развития физики полимеров, а такжемогут быть полезны при синтезе новых материалов с заданными свойствами.В частности, для приготовления заряженных мицелл заданной морфологии,а так же “умных” плотнопривитых щеток градиентных сополимеров.Апробация работыСодержание различных разделов диссертации докладывалось на россий­ских и международных конференциях: 6-м международном симпозиуме “Мо­лекулярный порядок и мобильность в полимерных системах” (Санкт-Петер­бург, 2008), XV и XVI международной конференции студентов, аспирантови молодых ученых “Ломоносов” (Москва, 2008, 2009), 3-м международномсимпозиуме “Тренды в нанонауке 2009” (Ирзее, Германия, 2009), 1-ой меж­дународной летней школе НАНО’2009 “Наноматериалы и нанотехнологии вживых системах” (Московская область, 2009), 12-м европейском полимер­ном конгрессе “ЕПФ’09” (Грац, Австрия, 2009), “Научном форуме по нано­технологиям” в рамках дней Баден-Вюртемберга в Москве (Москва, 2009),Международном симпозиуме “Теория и компьютерное моделирование поли­меров: последние разработки” (Москва, 2010), X конференции студентов иаспирантов Научно-Образовательного центра по физике и химии полиме­ров (Москва, 2010), Двустороннем Российско-Немецком семинаре “Самоор­ганизующиеся структуры амфифильных макромолекул” (Турнау, Германия,2010), Мартовской встрече Американского физического общества 2011 (Дал­лас, США, 2011).6ПубликацииМатериалы диссертации опубликованы в 14 печатных работах, из них2 статьи в рецензируемых журналах и 12 тезисов докладов.

Список работприведен в конце автореферата [1–14].Личный вклад автораРезультаты, изложенные в диссертации, получены лично Веневым С.В.Постановка задач исследований, определение методов их решения и интер­претация результатов выполнены совместно с научным руководителем приличном участии Венева С.В.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, обзора литературы, трех глав, заклю­чения, библиографии из 109 наименований и приложения.

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.

Список файлов диссертации