Диффузия фуллеренов в расплавах гетероциклических полимеров
10 июня 2021 года
01:00
Диффузия фуллеренов в расплавах гетероциклических полимеров
Текст новости:
3 Актуальность. В последнее время особое внимание исследователей уделяется изучению подвижности наночастиц и построению теорий их диффузии в полимерных жидкостях – растворах и расплавах полимеров. Во многом это обусловлено использованием наночастиц в качестве наполнителей в полимерных композитах, находящих все большее применение в качестве различных конструкционных и функциональных материалов. С другой стороны, это связано с возможностью определения свойств самих полимеров на основании данных о подвижности в них наночастиц. Подвижность наночастиц в жидкостях может характеризоваться несколькими режимами диффузии. До столкновения с частицами среды, т.е. на фемто- или даже пикосекундных масштабах времен движение наночастицы происходит в баллистическом режиме диффузии, когда средний квадрат ее смещения является квадратичной функцией времени. Данный режим обычно наблюдается только в компьютерном моделировании. На бо́льших пространственных масштабах диффузия наночастицы происходит в нормальном (или эйнштейновском) режиме, когда средний квадрат ее смещения пропорционален времени. Наличие баллистического и нормального режимов характерно для движения наночастиц в растворах низкомолекулярных соединений, однако отличительной особенностью диффузии наночастиц в полимерной жидкости является наличие промежуточного субдиффузионного режима, в котором средний квадрат их смещения пропорционален степенной функции времени с показателем от 0 до 1. Иначе говоря, движение наночастицы в субдиффузионном режиме происходит медленнее, чем в других режимах диффузии. В общем случае пространственно-временные масштабы различных режимов диффузии могут варьироваться в диапазоне от фемтосекунд и ангстремов (баллистический режим) до секунд и десятков нанометров (нормальный режим). Теоретическое описание особенностей диффузии наночастиц возможно с применением различных подходов, которые условно можно разделить на две группы. К первой из них относятся подходы, в которых диффузия рассматривается как физический процесс, обусловленный свойствами среды на молекулярном уровне (активационные теории, теории свободного объема, и др.). Областью применения таких теорий является интерпретация и объяснение экспериментальных данных о диффузионных свойствах молекул растворителей, красителей и др., т.е. особенностях их подвижности в нормальном режиме диффузии. Однако теоретическое описание особенностей движения наночастиц в субдиффузионном режиме было предложено лишь недавно в рамках теории Рубинштейна с соавт. [1], рассмотревших конкретный случай диффузии сферических наночастиц с применением скейлингового подхода. Ко второй группе относятся универсальные подходы, допускающие точное описание диффузии как стохастического процесса с применением обобщенного уравнения Ланжевена (Generalized Langevin Equation, GLE-подход) или в рамках теории непрерывных во времени случайных блужданий (Continuous-Time Random Walk, CTRW-теория) [2]. С использованием этих подходов также возможно описание подвижности наночастиц в субдиффузионном режиме, наличие которого обусловлено особенностями взаимодействия наночастиц с окружающей средой (CTRW-теория) или ее динамическим поведением (GLE-подход). Благодаря учету наличия субдиффузионного режима, как скейлинговый, так и описанные выше универсальные подходы, предоставляют возможность наиболее полного описания диффузии наночастиц. Тем не менее, принципиальное различие этих подходов приводит к тому, что на сегодняшний день не существует единой теории диффузии наночастиц в полимерных жидкостях. Решение данной проблемы требует более детального изучения особенностей подвижности наночастиц, например, с использованием компьютерного моделирования для определения применимости существующих подходов к описанию диффузии наночастиц в таких системах.


Текст со страницы (автоматическое получение):
ПРИЕМНАЯ
ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ
при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации
Высшая аттестационная комиссия при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации создана в целях обеспечения государственной научной аттестации
ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ
Автоматическая система мониторинга и отбора информации
Источник
Другие материалы рубрики