Ориентационный порядок в растворах углеводородов и нематических жидких кристаллах на поверхности раздела фаз

• Автор: Пашинина, Юлия Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Ближний ориентационный порядок в жидкостях и
растворах
1.2. Межмолекулярные взаимодействия и ориентационный порядок на поверхности раздела кристалл - жидкий кристалл
1.3. Метод атом-атом потенциалов
Глава 2. Ближний ориентационный порядок и термодинамические свойства растворов
2.1. Ближний ориентационный порядок в растворах алканов
2.2. Ближний ориентационный порядок и гидрофобные
взаимодействия
2.3. Фазовые диаграммы для систем с ближним ориентационным порядком
Глава 3. Межмолекулярное взаимодействие и ориентация молекул на поверхности раздела фаз
3.1. Ориентация молекул углеводородов на поверхности
кристаллов
3.2. Ориентация молекул мезогенов и модельных молекул на
поверхности кристаллов
3.3. Полярная и азимутальная энергии сцепления
Выводы
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Одним из основных направлений физики конденсированного состояния является теоретическое исследование физических свойств органических соединений. Изучение связи ориентационного порядка с физическими свойствами органических соединений - растворов и нематических жидких кристаллов - является весьма актуальной проблемой этого направления.
До последнего времени ближний ориентационный порядок был исследован только в растворах ароматических соединений, а вопрос о существовании его в растворах алифатических углеводородов оставался открытым. Важно отметить, что в этих системах наблюдается нижняя критическая точка растворения, существование которой не объясняется известными статистическими теориями. Поэтому представляет интерес изучить ближний ориентационный порядок в системах, содержащих молекулы алифатических углеводородов, и использовать концепцию ближнего ориентационного порядка для объяснения существования нижней критической точки растворения в растворах алифатических углеводородов.
Особый интерес вызывает изучение взаимодействия широкого класса органических соединений - жидких кристаллов, которые используются в оптике, радиоэлектронике, химии, биологии и являются основой жидкокристаллических дисплеев, с поверхностью раздела фаз. Актуальной задачей является разработка теоретической модели, описывающей ориентацию ЖК на поверхностях различной структуры. Существующие статистические теории не объясняют зависимости полярной и азимутальной энергии сцепления от параметра порядка и ориентацию молекул мезогенов относительно поверхности раздела с другими фазами, хотя решение этих задач является одной из ключевых проблем физики жидких кристаллов.
Эти вопросы могут быть решены с привлечением метода атом-атом потенциалов, который был применен для объяснения ориентационных эффектов в растворах полимеров и на поверхности раздела полимеров с твердой фазой.
Цель работы состоит в установлении связи между ориентационным порядком и физическими свойствами растворов низкомолекулярных органических соединений и жидких кристаллов.
Для этого были решены следующие задачи:
1. выявить наличие ближнего ориентационного порядка в растворах алифатических углеводородов и установить его связь с их термодинамическими характеристиками;
2. установить связь гидрофобных взаимодействий с ближним ориентационным порядком в водных растворах;
3. построить фазовые диаграммы для систем с ближним ориентационным порядком;
4. определить зависимость энергии взаимодействия молекул углеводородов и мезогенов с поверхностью кристаллов от их взаимной ориентации;
5. определить зависимость полярной и азимутальной энергии сцепления ЖК с поверхностью от параметра порядка.
Научная новизна. Установлено существование ближнего ориентационного порядка в растворах алифатических углеводородов.
Объяснена природа гидрофобных взаимодействий на основании концепции ближнего ориентационного порядка в водных растворах.
Теоретически доказана возможность существования нижней критической температуры растворения в растворах алифатических углеводородов и в водных растворах бензола.
На простых системах удалось выяснить, что двух- или трехпараметровые потенциалы 6-12 или 6-ехр не годятся для очень больших интервалов межатомных расстояний из потенциала 6-ехр (18) видно, что с увеличением межатомного расстояния, показатель степени и предэкспоненциальный множитель имеет тенденцию к росту.
В настоящее время в конформационных расчетах чаще всего используют потенциалы Китайгородского [106], Хилла [102], Хендриксона [114], Ликвори [115], Скотта и Шераги [116], Флори [117], Аллинджера [118 - 120], Дашевского [121, 122], Лифсона [123], Бартелла [124, 125].
Потенциал Китайгородского:
(в кДж/моль) содержит лишь один параметр - равновесное расстояние г0, при этом глубина потенциальной ямы е в нем одинаково для любой пары взаимодействующих атомов. Но изучение свойств простых газов — второго вириального коэффициента и вязкости - показывает, что глубины потенциальных ям должны быть различны.
Более удачным является потенциал Хилла [102], имеющий форму 6-ехр и содержащий в качестве эмпирических параметров с и г0:
Хендриксон [114] получил свои потенциалы из анализа опытных данных по рассеянию молекулярных пучков инертных газов.
Ликвори и сотр. [115] сделали попытку найти у разных авторов подходящие потенциалы для различных типов взаимодействий. Эта попытка была неудачной, и, в результате, система потенциалов оказалась плохо согласованной.