Υπολογιστική μελέτη δομικών και μηχανικών ιδιοτήτων πολυμερικών συστημάτων

Abstract

Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε μια καινούργια προσέγγιση και διερεύνηση της μεθοδολογίας μέσου αυτό-συνεπούς πεδίου για την μελέτη πολυμερικών συστημάτων κοντά σε επιφάνειες. Η καινούργια μεθοδολογία εισάγει πάνω στο πλέγμα τμηματικές πολυμερικές διαμορφώσεις που αναπτύσσονται σε σχεδόν «συνεχή» χώρο. Τροποποιείται ο παραδοσιακός υπολογισμός της ενέργειας αλληλεπίδρασης ενώ προσδιορίζεται με μεγαλύτερη σαφήνεια η ύπαρξη περιοχής «ισχυρής επιμήκυνσης της αλυσίδας» όπου σύμφωνα και με τις αναλυτικές θεωρίες μέσου αυτό-συνεπούς πεδίου, απουσιάζει το στρώμα μείωσης συγκέντρωσης κοντά στην επιφάνεια. Η ύπαρξη αυτού του στρώματος για μικρότερες πυκνότητες πρόσδεσης αποτελεί ιδιαίτερο χαρακτηριστικό που διακρίνει τις ψήκτρες σε δυο υποπεριοχές (μεσαίας και υψηλής πυκνότητας πρόσδεσης). Η μέθοδος επεκτάθηκε για την μελέτη μακρομορίων σε σχήμα αστεριού. Σε πολύ καλή συμφωνία με το πείραμα παρατηρήσαμε ότι με αύξηση του αριθμού των κλάδων μειώνεται δραστικά η προσρόφηση αυτών των μακρομορίων. Για περιπτώσεις συνύπαρξης στο ίδιο διάλυμα αστεριών με διαφορετικό βαθμό διακλάδωσης παρατηρήθηκε ότι οι λιγότερο διακλαδισμένες αλυσίδες τείνουν να αναπτυχθούν κάτω από τη «ομπρέλα» των πιο διακλαδισμένων. Επίσης μελετήθηκαν πολυμερικά συστήματα μεταβλητής πυκνότητας (χρησιμοποιώντας την καταστατική εξίσωση των Sanchez-Lacombe) για τα οποία υπολογίσουμε τις επιπτώσεις της πίεσης και της θερμοκρασίας στην πυκνότητα στην περίπτωση τήγματος. Διαπιστώσαμε ότι το διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης υποδεικνύει μεγαλύτερη αντοχή για γραμμικές αλυσίδες όταν γίνει σύγκριση με αστερόμορφες ίδιου μοριακού βάρους. Αυτό αποδίδεται στην διαφορετική πυκνότητα και μορφολογία των μακρομοριακών διαπλοκών στην περιοχή αλληλοεπικάλυψης προσροφημένων και ελεύθερων αλυσίδων. Στην περίπτωση που η διαδικασία εφελκυσμού είναι αντιστρεπτή τα δείγματα αστερόμορφων μακρομορίων παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή λόγω της ικανότητας τους να προσροφόνται ταυτόχρονα και στις δύο επιφάνειες. Η επίδραση της εξωτερικής πίεσης δίνει μη αναμενόμενη συμπεριφορά μόνο σε εξαιρετικά μεγάλες πιέσεις