Автореферат (1149489)

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

Текст из файла

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Санкт-Петербургский государственный университет»На правах рукописиБабинцев Илья АлександровичИсследование кинетики мицеллообразования ирелаксации сферических и цилиндрическихмицелл на основе уравнения Беккера-Дёринга01.04.02 — теоретическая физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2014Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет»Научный руководитель: д. ф.-м.

н., профессор, Аджемян Лоран Цолакович.Официальные оппоненты:Кукушкин Сергей Арсеньевич, д. ф.-м. н., профессор, Институт проблеммашиноведения РАН, зав. лаб. структурных и фазовых превращений вконденсированных средах,Сибирев Николай Владимирович, к. ф.-м. н., Санкт-Петербургский Академический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий РАН(Академический университет), старший научный сотрудник.Ведущая организация: Институт высокомолекулярных соединений РАН.Защита состоится «»2014 г. вчасов на заседании дис-сертационного совета Д 212.232.24 при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний пр., В.О., д. 41/43,ауд.

304.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. ГорькогоСПбГУ и на сайтеhttp://spbu.ru/science/disser/Автореферат разослан «»2014 г.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по адресу 198504, Санкт-Петербург, Ульяновская ул.,д.1, корп.

И, каб. 446.Ученый секретарь диссертационного советад. ф.-м. н.Аксенова Е.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.Способностьмолекулповерхностно-активных веществ (ПАВ) собираться в устойчивые агрегаты – мицеллы при концентрации ПАВ выше критической концентрациимицеллообразования (ККМ) известна давно. Мицеллярные системы вызываютинтерес из-за огромного числа различных физико-химических и технологических приложений и своеобразия самого механизма мицеллообразования. Вчастности, интерес связан с полиморфизмом мицелл – способностью молекулПАВ образовывать агрегаты разной формы (сферической, цилиндрической,нитевидной) и формировать бислои, способные выполнять функции мембран.Одним из свойств мицеллярных систем, вытекающим непосредственно из строения молекул ПАВ, является солюбилизация, т.е. внедрение молекул мало- илипрактически нерастворимых в данном растворителе веществ в мицеллы, чтоприводит к резкому увеличению эффективной растворимости этих веществ вмицеллярных растворах.

Применение свойства солюбилизации: эмульсионнаяполимеризация, мицеллярный катализ, пищевая промышленность, созданиеновых лекарств. В настоящее время мицеллы используются как контейнерыдля создания монодисперсных наночастиц различной природы.Главным физическим механизмом агрегации в мицеллы является лиофобный (при участии воды - гидрофобный) эффект, обусловленный тем, что полярные молекулы (в том числе, входящие в головные группы молекул ПАВ)взаимодействуют между собой заметно сильнее, чем неполярные группы, составляющие большую часть молекулы ПАВ — неполярные хвосты молекулПАВ.

В результате в полярных растворителях до определенной концентрациимолекулы ПАВ вытесняются из раствора на поверхность, а при более высокихконцентрациях начинают формировать агрегаты, в центре которых собираются неполярные группы. Теоретическое описание и равновесий, и кинетикипроцессов в такой системе требует применения методов статистической физики.

Проблема построения развернутого статистического описания мицеллярных систем остается важной и актуальной. Конкретной актуальной задачейв рамках этой проблемы является исследование кинетики мицеллообразования и релаксации сферических и цилиндрических мицелл на основе уравнения3Беккера-Дёринга.Степень разработанности темы исследования. Несмотря на широкое применение мицеллярных растворов, достигнутое за счет объединения усилий химиков, физиков и химических инженеров разных направлений, фундаментальные закономерности агрегации молекул ПАВ в мицеллы и их дальнейших полиморфных превращений изучены мало. Основы кинетической теориимицеллообразования и релаксации в мицеллярных растворах были заложеныв 70-ых годах прошлого века. Современный обзор теоретических и экспериментальных работ по релаксации мицеллярных растворов представлен в книгеЗаны [1]. В 2000-ых годах кинетическая теория мицеллообразования была значительно расширена, систематизирована и представлена в терминах теориинуклеации на основе континуального уравнения Беккера-Дёринга в цикле работ, выполненных на кафедре статистической физики СПбГУ.Образование мицелл происходит как за счет молекулярного механизма агрегации при последовательном присоединении отдельных молекул ПАВ, таки за счет слияния и распада агрегатов.

В настоящее время есть экспериментальные свидетельства, показывающие, что молекулярный механизм играетосновную роль, по крайней мере, при не очень больших концентрациях ПАВ.Равновесное распределение сферических мицелл по числам агрегации (почислам молекул ПАВ в агрегатах) настолько узко, что для него широко используется аппроксимация моноразмерных мицелл. Другой тип молекулярнойупаковки в агрегатах ПАВ при более высоких числах агрегации приводит кформированию цилиндрических мицелл, равновесное распределение которыхпо числам агрегации характеризуется длинным экспоненциальным хвостом.В последнее десятилетие теоретическое кинетическое описание в рамкахуравнений Беккера-Дёринга было расширено на растворы с сосуществующимисферическими и цилиндрическими мицеллами [2].Заключительные стадии быстрой и медленной релаксации мицеллярныхсистем, на которых отклонения от финального равновесного распределения малы, описываются линеаризованным кинетическим уравнением БеккераДёринга.

Задача описания сильных отклонений, когда линеаризация не применима, была аналитически решена в работах [2] и [3]. Результаты нелинейной4аналитической теории еще не проверялись экспериментально или численно.Линейная аналитическая теория мицеллярной релаксации экспериментальнопроверялась для систем со сферическими мицеллами.Цель работы. Настоящая работа посвящена теоретическому исследованию процессов релаксации и мицеллообразования в мицеллярных растворахнеионных ПАВ на основе численного решения кинетических дифференциальных уравнений Беккера-Дёринга. В рамках данного исследования рассмотреныи определены динамические характеристики трех видов систем: мицеллярнойсистемы только со сферическими мицеллами, мицеллярной системы толькос цилиндрическими мицеллами и мицеллярной системы с сосуществующимисферическими и цилиндрическими мицеллами.

Для всех систем были решеныследующие задачи. Был проведен анализ линеаризованных дискретных уравнений Беккера-Дёринга и определен спектр времен релаксации. Было выполнено численное решение дискретных уравнений Беккера-Дёринга для случаясильных начальных отклонений от равновесного состояния, включая мицеллообразование из начального состояния молекулярного раствора.

Было проведено сравнение полученных результатов с предсказаниями аналитическихтеорий, и определены области применимости последних.Научная новизна работы состоит в том, что с помощью численного анализа модельных нелинейных уравнений Беккера-Дёринга впервые была показана возможность немонотонного характера процесса релаксации концентрации мономеров и агрегатов в мицеллярных системах с цилиндрическимии сосуществующими сферическими и цилиндрическими мицеллами. Впервыебыла обнаружена промежуточная стадия релаксации, характерная только длясистем с сосуществующими сферическими и цилиндрическими мицеллами.

Наней происходит установление квазиравновесного распределения во всей мицеллярной области за счет флуктуационного перехода сферических и цилиндрических агрегатов через потенциальный горб работы агрегации. В диссертационной работе выявлен ряд особенностей процессов релаксации и мицеллообразования, которые нельзя получить в рамках аналитического подхода. В частности, аналитическая теория предсказывает, что время и мода быстрой релаксации как функции концентрации ПАВ испытывают скачкообразный переход5с одного аналитического выражения на другое. Исследование полного спектраматрицы коэффициентов линеаризованных уравнений Беккера-Дёринга показало, что такой переход происходит непрерывным образом.Теоретическая и практическая значимость.Результаты, содержа-щиеся в диссертации, существенно расширяют теоретические представленияо характере процессов, протекающих в различных мицеллярных системах, имогут быть основой для расчетов конкретных систем.

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