Направление - 510400 Физика

Разработчик:

профессор, доктор физ.-мат. наук Ю.Я.Готлиб

Рецензент:

профессор, доктор физ.-мат. наук В.П.Романов

Санкт-Петербург-2003г.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Вопросы, изучаемые на лекциях.

1. Макромолекула - одномерная или пространственная кооперативная статистическая и динамическая система. Описание на основе “классических” кооперативных моделей Изинга, Гейзенберга, XY-моделей различной мерности.

2. Актуальные области применения теории - диэлектрические и механические релаксационные свойства, такие как поглощение ультразвука, ЯМР и ЭПР, в том числе эффект Оверхаузера, поляризованная люминесценция, явление Мессбауэра, динамическое рассеяние света, хроматография и электрофорез.

3. Динамика отдельных невзаимодействующих макромолекул, механизмы элементарных молекулярных движений.

4. Динамика взаимодействующих макромолекул в конденсированных полимерных системах. Специфические полимерные эффекты. “Блобная” модель макромолекул. Зацепления и трубки. Рептационная динамика (модель де Жена-Эдвардса). Движение макромолекул в щели, в привитом слое.

5. Компьютерное моделирование динамики отдельных макромолекул и полимерных систем (растворы, расплавы, полимерные жидкие кристаллы), метод Монте-Карло.

6. Разветвленные и сетчатые полимерные системы. Динамика систем с различной топологией, связностью, фрактальной размерностью. “Деревья” и ячеистые сетки.

7. Анизотропная подвижность полимерных цепей, находящихся под действием сильных нелинейных внешних ориентационных и деформационных полей. Собственная локальная анизотропия релаксационных процессов в макромолекулах.

8. Молекулярная динамика нематических полимерных жидких кристаллов с мезогенными группами в основной и боковой цепях. Многоцепной и “средне-полевой” одноцепной теоретическое подходы.

9. Разные динамические модели макромолекул в нематических жидких кристаллах - различные зависимости динамики от упорядочения.

10.Теория взаимодействующих релаксационных процессов в концентрированных растворах, расплавах и в области стеклования. Взаимосвязь сегментального и локальных (групповых) процессов, рептации и перестройки “трубки”.

Примерные темы расчетов, использующихся в тематикой лекций (в т.ч. для курсовых, бакалаврских или магистерских работ)

• Расчет релаксационных спектров различных динамических моделей полимерных систем (отдельных цепей, сетчатых структур и ветвленных систем, гетерогенных систем (сетка + палочкообразные включения)).

• Расчет временных и частотных зависимостей, проявляющихся в диэлектрической релаксации, поляризованной люминесценции, ЯМР и др., для различных типов динамических моделей, как для поступательных, так и для ориентационных движений.

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу:

1) Простейшие статистические модели длинных полимерных цепей.

2) Простейшие динамические модели макромолекул (модель гауссовых субцепей, состоящих из свободно-сочлененных элементов, решеточная модель (1D, 2D, 3D))

3) Основные характеристики вязкоупругих моделей (модули, вязкость, податливость).

4) Физические величины, проявляющиеся в механических, диэлектрических, оптических, ЯМР-ных и других свойствах, и их геометрический и динамический смысл.

5) Релаксационные свойства цепей в разбавленных растворах. Влияние гидродинамических и объемных взаимодействий.

6) Динамические модели и свойства для цепей с жесткостью на изгиб и закручивание.

7) Динамика цепей в концентрированных растворах и расплавах. Рептация.

8) Расчет релаксационных спектров для полимерных сеток различной связности (2D или 3D). Отличия в распределении времен релаксации.

9) Подходы к оценке релаксационных свойств полимерных цепочек во внешних полях и при наличии ориентационного порядка в макромолекулах (в нематическом Ж-К состоянии).

10) Подходы к теории взаимодействующих локальных релаксационных процессов ( - и -процессов) в концентрированных системах.

11) Понятие о функции распределения времен релаксации. Переход от распределения дискретных времен релаксации к непрерывной функции распределения.

Литература.

1. М.В. Волькенштейн, Конфигурационная статистика полимерных цепей. М. 1959.

2. П. Флори, Статистическая механика цепных молекул. М. 1971.

3. Т.М. Бирштейн и О.Б, Птицын, Конформация макромолекул. М. 1964.

4. Ю.Г. Готлиб, А.А. Даринский, Ю.Е. Светлов, Физическая кинетика макромолекул. Л. 1986.

5. В.Н. Цветков, Жесткоцепные полимерные макромолекулы. Л. 1980.

6. П. Де Жен, Идеи скейлинга в физике полимеров. М. 1982.

7. А.Ю. Гросберг, А. Р. Хохлов, Статистическая физика макромолекул в растворах. М. 1964.

8. В.Н. Цветков, В.Е. Эскин, С.Я. Френкель, Структура макромолекул в растворах. М. 1964

9. Дж. Ферри, Вязко-упругие свойства полимеров. М. 1963.

10. Г.В. Виноградов, А.Я. Малкин, Реология полимеров. М. 1977

Дополнительно:

Рекомендации лектора по статьям или обзорам.

Цели изучения дисциплины.

Формирование у студентов, обучающихся по учебному плану кафедры статистической физики, представления о проблемах физической кинетики процессов в полимерных системах, основных динамических моделей и методов решений. Поскольку полимерные системы представляют собой пример сложных многочастичных кооперативных систем знакомство со статистическими, и в особенности (в соответствии с программой курса), с кинетическими свойствами этих систем позволит расширить физический кругозор студентов в области кинетики кооперативных систем и процессов в таких системах.

1.2 Задачи курса.

Знакомство с системами и методами решения позволит приметить эти знания при выполнении курсовых, бакалаврских и магистерских работ студентов, в частности в связи с совместной программой СПбГУ и ИВС РАН ("Интеграция") и др.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника:

(см. п. 1.2); Кроме того, при последующем поступлении в аспирантуру по тематике, связанной с теорией процессов и свойств макромолекулярных систем у студентов вырабатываются определенные знания о предмете и подходах

1.4 Требования к уровню освоения дисциплины "Кинетика макромолекул":

• знать основные представления о физической структуре макромолекул и макромолекулярных системах (сеток, ветвленных структур);

• знать основные подходы к физической теории молекулярной подвижности и релаксационных свойств макромолекулярных систем;

• знать область применения динамики макромолекулярных систем;

• уметь решать системы линейных уравнений описывающих динамику многочастичных вязкоупругих систем при учете внешнего и взаимного трения, различных типов взаимодействий, сводящихся к эффективному упругому потенциалу.

• знать характерные различия динамики 1D, 2D, 3D-вязкоупругих макромолекулярных систем.

ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ, ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ, ФОРМА КОНТРОЛЯ

Время чтения лекций по дисциплине	6тый курс, 12 тый семестр
Примерное число студентов	3-5 студентов
Всего аудиторных занятий	48 часов
из них лекции	48 часов
Самостоятельная работа	27 часов
Трудоемкость	75 часов
Текущий контроль	краткие общие вопросы, рассмотренные на предыдущих лекциях.
Итоговый контроль	Зачет