Молекулярно-динамическое исследование деформации полиэтилена

• Автор: Соловьев, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 117 с.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Термодинамическая и кинетическая гибкость макромолекул. Внутреннее вращение
1.2. Механические свойства и три физических состояния полимерных материалов
1.3. Компьютерное моделирование полимеров
1.4. Выводы и постановка задачи
2. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1. Топологические межатомные потенциалы в макромолекулах
2.2. Выбор параметров взаимодействия при моделировании молекулы полиэтилена
2.3. Методы молекулярной и броуновской динамики
2.4. Анализ результатов моделирования. Парные корреляционные функции
2.5. Программная реализация
2.6. Программа Мо1еси1а
2.7. Выводы
3. ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНОЙ ГЛОБУЛЫ
3.1. Модель полимерной глобулы
3.2. Сворачивание молекулы полиэтилена
3.3. Самоорганизация молекулы тефлона
3.4. Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСТЯЖЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА
4.1. Описание модели

4.2. Изменение макроскопических параметров системы в процессе деформации
4.3. Изменение структуры глобулы в процессе деформации
4.4. Влияние скорости деформации
4.5. Механизм деформации
4.6. Выводы
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЖАТИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА
5.1. Описание модели
5.2. Изменение макроскопических параметров системы в процессе деформации
5.3. Изменение структуры глобулы в процессе деформации
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Детали процессов, происходящих в макромолекулах на атомарном уровне, очень важны для понимания механических свойств полимеров. Однако эти детали не доступны для обычных экспериментальных методов. Поэтому их приходиться изучать только теоретически, и в частности с помощью методов компьютерного моделирования [1,2].
Можно считать, что рассмотрение механических свойств полимеров включает в себя две задачи [3-5]. Первая заключается в феноменологическом описании свойств изучаемого полимера. Вторая - в объяснении наблюдаемых свойств на основе молекулярных параметров. Для практики первый подход - инженерный, вполне достаточен, если приходится иметь дело с известными и хороню изученными полимерами в обычных условиях. Второй подход - создание строгих физических теорий, позволяет не только описать поведение уже известных полимеров, но и предсказать явления, которые характерны для целого класса похожих материалов, включая и плохо изученные. Преимущество второго подхода резко возрастает, если теории строятся не на основе постулатов, а путем обобщения компьютерных динамических экспериментов, выполненных на микроуровне[1 ].
До недавнего времени молекулярно-динамические исследования деформации полимеров проводились, в основном, на простой модели, известной под названием “взаимодействующие бусинки на гибкой нити” [6-13]. Здесь каждая бусинка заменяет собой небольшую группу атомов, соответствующую мономеру макромолекулы, поэтому полученные результаты отражают некие характерные черты, общие для абстрактных кристаллических и аморфных полимеров. Развитие молекулярной динамики позволило перейти к моделям, которые различают отдельные атомы макромолекулы [7АДА].
2. Методика моделирования

можно использовать потенциалы Ми, Морзе, Леннард-Джонса, Букингема и т.п., поскольку параметры ангармоничности этих потенциалов практически совпадают [67,68]. Многочисленные исследования молекулярных кристаллов показали [69], что ни упаковка молекул, ни молекулярные конформации не зависят от точной формы потенциала взаимодействия. Определяющими факторами являются равновесное расстояние, глубина и, в ряде случаев, ширина потенциальной ямы.
Рис. 2.2. Потенциал Морзе
В данной работе при моделировании взаимодействий между ближними топологическими соседями применяется потенциал Морзе (2.5):
ф(г) = и0(ехр(- 2а(г - г0))- 2ехр(- а(г - г0))) (2.5)
При построении полного потенциала межатомных взаимодействий в форме (2.4) мы использовали три группы топологически эквивалентных взаимодействий (пшах = 3).