Теоретическое изучение конформаций гребнеобразных макромолекул и их самоорганизации на поверхности (1104944)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В. ЛомоносоваФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиПопов Константин ИгоревичТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ КОНФОРМАЦИЙГРЕБНЕОБРАЗНЫХ МАКРОМОЛЕКУЛ И ИХСАМООРГАНИЗАЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ02.00.06 – Высокомолекулярные соединенияАВТОРЕФЕРАТДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2009Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристалловфизического факультета Московского государственного университетаимени М. В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наукПотемкин Игорь ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукДаринский Анатолий Анатольевичдоктор физико-математических наукКриксин Юрий АнатольевичВедущая организация:Институт нефтехимического синтезаим. А.В.Топчиева РАНЗащита состоится “” апреля 2009 г.
вч.мин. на заседании диссертационногосовета Д 501.002.01 в Московском государственном университете имени М.В.Ломоносовапо адресу: 119992, г.Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, ауд.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.Автореферат разослан “”2009 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01,кандидат физико-математических наукТ.В. ЛаптинскаяОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Изучение макромолекул сложного химического строенияявляется одной из важных задач современной физики полимеров, имеющей большоезначение как для понимания физической природы самоорганизации, так и для создания молекулярных устройств. Одним из важных классов таких полимеров являютсягребнеобразные сополимеры - макромолекулы, состоящие из гибкой основной цепи спришитыми к ней боковыми цепями.Характерным свойством таких молекул (называемых также молекулярными илицилиндрическими щетками) является наличие так называемой "врожденной"упругости:за счет стерического отталкивания боковых цепей наблюдается значительное увеличение жесткости цепи как целой.
Боковые цепи также вытягиваются по сравнению снепришитыми цепями той же длины. Данный эффект наблюдается и в растворах, ипри адсорбции гребнеобразных полимеров на поверхности, причем в последнем случае вытягивание основной и боковых цепей более сильное. Возможность управленияконформацией гребнеобразного сополимера при помощи воздействия на боковые цепи позволяет использовать сополимеры для создания молекулярных систем, способных переводить энергию внешних воздействий (тепловую, электромагнитную и т.п.)в механическую работу. Наличие большой жесткости у подобных молекул позволяетпредположить возможность жидкокристаллического (ЖК) упорядочения.Важным подклассом гребнеобразных макромолекул являются, так называемые,двойные гребнеобразные полимеры - сополимеры с двумя типами боковых цепей,пришитых к основной. Наличие боковых цепей двух видов дает возможность изменять характер взаимодействий между химически различными мономерными звеньями.
Это позволяет использовать двойные гребнеобразные полимеры для создания новых надмолекулярных структур и улучшения характеристик уже известныхструктур, образованных макромолекулами более простого химического строения (например, диблок-сополимерами).Несмотря на то, что увеличение жесткости гребнеобразного сополимера по сравнению с линейной макромолекулой давно установлено как в экспериментальных, так1и в теоретических исследованиях, до настоящего момента не сформировалось единого мнения исследователей по поводу степени и характера влияния структурных характеристик сополимера на величину данного эффекта.
Более или менее хорошее согласование теории и эксперимента достигнуто для случая адсорбированных молекул.Это связано с возможностью явной оценки размеров полимера методами сканирующей зондовой микроскопии. Большинство из теоретических исследований сфокусировано на плотнопривитых полимерных щетках, в то время как в ряде практическихзадач появляется необходимость в использовании полимерных щеток с неплотнойпришивкой боковых цепей.
Кроме того, существует ряд экспериментальных результатов по исследованию адсорбированных щеток, которые нельзя объяснить в рамкахсуществующих моделей.Цель работы:Целью настоящей работы является теоретическое изучение конформаций адсорбированных гребнеобразных щеток с произвольной степенью пришивки боковых цепей, двойных гребнеобразных полимеров на поверхности, а также изучение самоорганизации двойных гребнеобразных полимеров в сверхтонких пленках.В диссертационной работе рассмотрены следующие основные задачи:1. Изучение влияния плотности пришивки боковых цепей на равновесную конформацию одиночной гребнеобразной макромолекулы, адсорбированной на поверхности.2. Изучение механизмов спонтанного искривления двойного гребнеобразного полимера в зависимости от состава макромолекулы и величины взаимодействиямежду звеньями боковых цепей различной химической структуры.3.
Изучение самоорганизации в сверхтонких пленках двойных гребнеобразных сополимеров. Построение фазовой диаграммы пленки. Предсказание свойств равновесных фаз.Научная новизнаАвтором впервые получены и выносятся на защиту следующие основные теоретические результаты:2• Впервые предложена модель, учитывающая влияние плотности пришивки боковых цепей на конформацию адсорбированной макромолекулы. Было показано, что эффект спонтанного искривления полимерной щетки наблюдаетсядля молекул с густо пришитыми боковыми цепями и для молекул с длиннымибоковыми цепями. Эта кривизна возникает за счет уменьшения вытяжки боковых цепей при их асимметричном расположении по отношению к основнойцепи.
Молекула с редкой пришивкой боковых цепей или с достаточно короткими боковыми цепями, наоборот, демонстрирует упругий отклик при изгибе.В этом случае роль упругой энергии цепей несущественна, и основной вклад вупругость щетки вносят энтропия смешения боковых цепей и энергия взаимодействия цепей с молекулами растворителя и подложки. Показано, что персистентная длина щетки λ может быть представлена в виде степенной функциичисла сегментов в боковой цепи M , λ ∼ M α , где α ≤ 2.• Впервые построена теория, описывающая спонтанное искривление двумернойполимерной щетки с двумя типами A и B несовместимых боковых цепей (двойной гребнеобразный полимер).
Показано, что в случае сильной несовместимостибоковых цепей их полное разделение относительно основной цепи ответственно за образование так называемой “энергетической” кривизны. Она возникаетиз-за разности длин (или количества) боковых цепей сорта и B. В случае умеренной несовместимости, частичное смешение цепей сорта A и B на выпуклойстороне молекулы приводит к образованию кривизны, названной “энтропийной”. Ее величина определяется длиной более длинных боковых цепей.• Была разработана теория, описывающая самоорганизацию в сверхтонких пленках двойных гребнеобразных полимеров. Было показано, что в подобной системе наблюдается образование надмолекулярных структур типов дисков, полос идырок.
Переход между этими структурами может осуществляться посредствомизменения величины взаимодействия боковых цепей сорта B с поверхностью.Сравнение полосообразной структуры, образованной гребнеобразными молекулами, с подобной структурой диблок-сополимеров показало, что первая имеет3больший модуль упругости, что указывает на перспективность использованиягребнеобразных полимеров для получения структур с лучшим пространственным порядком.Практическая ценность работыПроведенные теоретические исследования позволили не только подтвердить иобъяснить большую совокупности экспериментальных данных, но и предсказать рядновых эффектов. К последним можно отнести наличие двух механизмов спонтанногоискривления двойных гребнеобразных полимеров.
Предложенный метод вычисленияперсистентной длины редкопривитого полимера может быть обобщен для трехмерного случая, что возможно, позволит получить более согласованную картину присравнении теории с экспериментальными данными, полученными для щеток в растворе. Результаты теории микрофазного расслоения в сверхтонких пленках двойныхгребнеобразных полимеров могут способствовать усовершенствованию методов получения химически неоднородных поверхностей.Личный вклад Попова К.И.
состоит в выборе направлений исследований, проведении теоретических исследований и разработке новых теоретических моделей,проведении численных вычислений, интерпретации и анализе полученных результатов.Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на 6-ти российских и международных конференциях:1. 6th International Symposium “Molecular Order and Mobility in Polymer Systems”,Russia, Saint-Petersburg, June 20082. The 3rd STIPOMAT conference, Switzerland, Les Diablerets, October 2007.3. Четвертая всероссийская каргинская конференция “Наука о полимерах 21-мувеку” , Россия, Москва, январь 20074. European Polymer Congress 2005, Russia, Moscow, June 200545.
Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам “Ломоносов-2005”, Россия, Москва, апрель 2005.6. VIII конференции студентов и аспирантов,Россия, Солнечногорск, сентябрь 2004.По теме диссертации опубликовано 2 статьи в реферируемых журналах и 6 тезисов научных конференций.Структура работыДиссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированнойлитературы (135 наименования).
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}
