Προσομοίωση μοριακής δυναμικής της μικροσκοπικής δομής και των φυσικοχημικών ιδιοτήτων ελαστομερών πολυμερών

Abstract

The aim of this thesis is the development and the implementation of a new realistic united atom molecular model for the prediction of thermodynamic microscopic structure and transport properties of PDMS, PDMSM, PDMSTM, poly(DMSM-alt-DMSTM) and PIB. The motivation behind this work was the increased use of polymeric membranes in a wide range of applications and the investigation of polymers that reveal interesting transport properties. Force field development was based on quantum mechanics calculations and on literature volumetric data. Molecular Dynamics simulations were performed for the prediction of important properties of pure polymer melts at various conditions. In all cases very good agreement with experiments was observed. Extensive MD simulations were performed for the estimation of the diffusion coefficient of alkanes and binary alkane mixtures in PDMS. Furthermore, the effect of penetrant concentration on the diffusion value was examined.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στην ανάπτυξη και στην εφαρμογή ενός νέου ρεαλιστικού μοριακού μοντέλου για την πρόβλεψη των θερμοδυναμικών, δομικών και ιδιοτήτων μεταφοράς τηγμάτων PDMS, PDMSM, PDMTH, poly(DMSM-alt-DMSTM) και PIB. Το κίνητρο που μας οδήγησε στη μελέτη αυτών των συστημάτων είναι αφενός ότι η επιστήμη των μεμβρανών είναι ένα επεκτεινόμενο πεδίο και αφετέρου διότι κρίθηκε σκόπιμο να μελετηθούν οι ιδιότητες υλικών που επιδεικνύουν υποσχόμενες ιδιότητες μεταφοράς. Η παραμετροποίηση του πεδίου δυνάμεων βασίσθηκε σε κβαντομηχανικούς υπολογισμούς και σε βιβλιογραφικά ογκομετρικά δεδομένα. Πραγματοποιήθηκαν εκτενείς προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής για την πρόβλεψη σημαντικών ιδιοτήτων των καθαρών πολυμερικών τηγμάτων. Για όλα τα πολυμερή βρέθηκε καλή συμφωνία μεταξύ αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και πειραματικών μετρήσεων. Για τον υπολογισμό του συντελεστή διάχυσης οι προσομοιώσει έγιναν στο NVT στατιστικό σύνολο. Επίσης, μελετήθηκε η εξάρτηση του συντελεστή διάχυσης από τη συγκέντρωση του διαχεόμενου μορίου και διενεργήθηκαν προσομοιώσεις μιγμάτων αλκανίων στο PDMS.