Введение
ГЛАВА 1. Гелеобразование в водном растворе l-цистеина и нитрата.серебра 15
1.1. Общие закономерности гелеобразования на основе низкомолекулярных загустителей 15
1.1.1. Супрамолекулярные полимеры 16
1.1.2. Механизмы формирования супрамолекулярных полимеров 17
1.2. Гидрогели на основе L-цистеина и нитрата серебра 22
1.2.1. Получение цистеин-серебряного раствора 23
1.2.2. Результаты экспериментальных исследований 24
1.2.3. Феноменологическая модель гелеобразования в ЦСР 28 1.3. Многомасштабная модель ЦСР 29
1.3.1. Квантово-механическое моделирование 30
1.3.1.1. Взаимодействие двух молекул меркаптида серебра 30
1.3.1.2. Оценка устойчивости супраполимерных цепочек из частиц МС 33
1.3.2. Атомистическое моделирование 36
1.3.2.1. Основные параметры модели 36
1.3.2.2. Параметризация валентно-силового поля 37
1.3.2.3. Учет особенностей взаимодействия атомов серы и серебра 38
1.3.2.4. Подготовка начальных состояний ЦСР 39
1.3.2.5. Методика МД расчетов 41
1.3.2.6. Результаты атомистического моделирования 42
1.3.3. Иллюстрация самосборки сетки геля. Мезоскопическое моделирование 52
1.3.3.1. Мезоскопическая модель ЦСР на базе метода МК (модель I) 53
1.3.3.2. Мезоскопическая модель ЦСР на базе метода крупнозернистой молекулярной динамики (модель II) 56
1.4. Промежуточные выводы 60
ГЛАВА 2. Управляемая самосборка в растворах сильно заряженных жесткоцепных полиэлектролитов 63
2.1. Жесткоцепные полиэлектролиты как строительные блоки наноструктурированных материалов 63
2.2. Моделирование формирования непрерывного металлического покрытия из НЧ золота на фрагменте ДНК 66
2.2.1. Использование ДНК для матричного синтеза нанопроводов 66 2.2.2. Оценка основных факторов, управляющих процессом самосборки НЧ металла на стержнеобразном полианионе 68
2.2.3. Построение модели металлизации ДНК 74
2.2.3.1. Переход от реальных объектов к модельным 74
2.2.3.2. Аппроксимация металлического потенциала Гупта 76
2.2.3.3. Расчетная схема 80
2.2.4. Использование заряженных наночастиц 82
2.3.4.1. Модель Э1 82
2.3.4.2. Модель Э2 89
2.3.4.3. Модель Э3 93
2.2.5. Использование нейтральных наночастиц 94
2.3. Формирование надмолекулярных структур из жесткоцепных полианионов 97
2.3.1 Локально анизотропные структуры 97
2.3.1.1. Описание модельной системы 97
2.3.1.2. Построение модели на основе теории PRISM 98
2.3.1.3. Модель на основе метода Монте-Карло 101
2.3.1.4. Результаты моделирования 102
2.3.2. Наноструктуры с высокой степенью упорядочения 107
2.3.2.1. Модель и метод расчета 108
2.3.2.2. Самосборка лентообразных наноструктур 110
2.3.2.3. Пространственные характеристики лентообразных агрегатов 118
2.3.2.4. От модельных объектов к реальным 120
2.3.2.5. Влияние структуры поликатионов на морфологию агрегатов 122
2.4. Промежуточные выводы 125
ГЛАВА 3. Структура и транспортные свойства полимерных мембран топливных элементов 130
3.1. Топливные элементы и проблемы их совершенствования 130
3.1.1. Типы топливных элементов 132
3.1.2. Полимерные ионообменные мембраны 134
3.1.2.1. Основные типы полимеров, используемых для производства протон-проводящих мембран 135
3.1.2.2. Механизм протонного транспорта 137
3.1.2.3. Теоретические представления о строении ионообменных мембран на основе перфторированных сульфокислотных полимеров 139 3.1.2.4. Теоретическое изучение ионообменных мембран 141
3.2. Исследование морфологии полимерных ионообменных мембран 142
3.2.1. Модельное представление цепей CПЭЭК 143
3.2.2. Основные принципы метода мезоскопической динамики 144
3.2.3. Мезоскопическая модель ионообменной мембраны 150
3.2.4. Параметры межмолекулярного взаимодействия 152
3.2.5. Влияние композиционного состава цепи иономера на морфологию мембраны. Случай регулярного строения цепи 156
3.2.6. Атомистическое моделирование мембран на основе CПЭЭK 165
3.2.7. Влияние нарушения регулярного строения полимерной цепи на морфологию мембраны на основе CПЭЭК 168
3.3. Амфифильные диблок-сополимеры как основа создания ионообменных мембран с
улучшенными свойствами 172
3.3.1. Модель и метод расчета 173
3.3.1.1. Метод ДДЧ 174
3.3.1.2. Силовые константы межчастичного взаимодействия 176
3.3.3. Влияние соотношения длин блоков в цепи на морфологию водных каналов 177
3.4. Изучение реакции переноса протона в водных каналах протонообменных мембран 180
3.4.1. Модель ионных каналов 181
3.4.2. Тестовые расчеты чистой воды и раствора HCl 183
3.4.3. Моделирование реакции передачи протонов 185
3.4.4. Изучение динамики переноса заряда 190
3.5 Промежуточные выводы 192
ГЛАВА 4. Моделирование органо-неорганических материалов и нанокомпозитов на их основе 195
4.1. Конструкционные материалы и способы их моделирования 195
4.1.1. Общие проблемы моделирования полимерных матриц и наноструктурированных материалов 195
4.1.2. Моделирование сшитых полимерных матриц 196
4.1.3. Эквивалентность ультратонких полимерных пленок на твердых поверхностях и наполненных полимерных матриц 200
4.1.4. Моделирование наполненных матриц с модифицированным наполнителем 202
4.2. Моделирование полимерных сеток 204
4.2.1. Некоторые физические свойства реперной системы на основе циклоалифатической эпоксидной смолы 205
4.2.2. Построение полимерной матрицы 207
4.2.2.1. Модели мономеров 207
4.2.2.2. Реализация алгоритма построения полимерной матрицы 208
4.2.2.3. Методология моделирования 214
4.2.3. Структурные и температурные свойства 216
4.2.3.1. Структура ЦАЭР 216
4.2.3.2. Плотность системы 217
4.2.3.3. Температура стеклования 218
4.2.3.4. Коэффициент температурного расширения 220 4.2.3.5 Топологические свойства матрицы ЦАЭС 220
4.2.4. Общая схема моделирования полимерных матриц 221
4.3. Использование упрощенных моделей для предсказания физических свойств органо неорганических нанокомпозитов 223
4.3.1. Модель нанокомпозита и методика расчетов 224
4.3.1.1. Состав модели 224
4.3.1.2. Вычисление парциальных зарядов в модели наполнителя 226
4.3.1.3. Построение образцов нанокомпозита 227
4.3.2. Тестовые расчеты реперных систем 228
4.3.3. Зависимость температурных и структурных свойств нанокомпозита на основе ПИ/SiO2 от весовой доли наполнителя 230
4.3.3.1. Результаты расчета коэффициента линейного расширения 231
4.3.3.2. Структура матрицы полиимида 232
4.3.4. Структура интерфейса в композитах на основе полиимида и модифицированной
подложки SiO2 235
4.3.4.1. Анализ распределения свободного объема в зоне интерфейса 236
4.3.4.2. Структура зоны интерфейса ПИ/SiO2 238
4.3.4.3. Конформационные свойства молекул модификатора 241
4.3.5. Основные факторы, влияющие на свойства интерфейса полиимид/SiO2 244
4.4. Промежуточные выводы 245
Выводы 249
Список литературы 257
Список основных работ по теме диссертации 289
