Επίδραση του περιορισμού στη δυναμική μακρομορίων
Authors: Αλεξανδρής Στυλιανός 
Published: September 2021

Η μελέτη της συμπεριφοράς ενός υλικού υπό περιορισμό σε κλίμακες της τάξης του νανομέτρου, παρουσιάζει μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια εξαιτίας του εύρους των πιθανών εφαρμογών. Μια κατηγορία συστημάτων στα οποία έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση τελευταία είναι η επίδραση του περιορισμού σε πολυμερικές αλυσίδες. Ιδιαίτερα οι διαμορφωτικές ιδιότητες, η πυκνότητα, οι διαστάσεις της αλυσίδας, ο αριθμός των εμπλοκών και εν τέλει η ροή τους μπορούν να επηρεαστούν από τον περιορισμό. Επίσης, η δυναμική των πολυμερών παρουσία διεπιφανειών συνδέεται με σημαντικές τεχνολογικές διεργασίες με εφαρμογές σε μεμβράνες, επιστρώσεις και οργανικές ηλεκτρονικές συσκευές, ενώ από τον τρόπο με τον οποίο οι πολυμερικές αλυσίδες διεισδύουν σε λεπτούς πόρους εξαρτάται και η κατασκευή νανοσύνθετων υλικών με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες μέσω της διαδικασίας της νανο-χύτευσης. Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η επίδραση του περιορισμού (α) στην τριχοειδική ανύψωση πολυμερών πολυϊσοπρενίου (PI) και πολυ(αιθυλενοξειδίου) (PEO) και (β) στη δυναμική τους. Σαν περιοριστικό μέσο χρησιμοποιήσαμε μεμβράνες ανοδιωμένης αλουμίνας (ΑΑΟ) με νανοπόρους διαφόρων διαμέτρων οι οποίοι αποτελούν ένα σύστημα ομοιόμορφων και παράλληλων κυλινδρικών πόρων που επιτρέπει τη μελέτη του περιορισμού υπό 2-D συνθήκες. Στο πρώτο μέρος της εργασίας ελέγχουμε τους νόμους που διέπουν την τριχοειδική ανύψωση πολυμερών σε νανοσωλήνες (σχέση Lucas-Washburn). Για το σκοπό αυτό χρησιποποιήθηκαν πολυϊσοπρένια και πολυ(αιθυλενοξείδια) διαφορετικών μοριακών βαρών. Στη συνέχεια, υπολογίστηκαν τα ενεργά ιξώδη των πολυμερών υπό περιορισμό. Βρέθηκε ότι πολυ(αιθυλενοξείδία) με 50 εμπλοκές ή λιγότερες έχουν πιο αργή τριχοειδική ανύψωση από την θεωρητικά προβλεπόμενη σε αντίθεση με εκείνα με περισσότερες εμπλοκές που παρουσιάζουν γρηγορότερη ανύψωση. Επίσης, πολυϊσοπρένια με μικρά μοριακά βάρη, παρουσίασαν πολύ μεγάλη αύξηση του ενεργού ιξώδους. Και για τα δύο συστήματα προέκυψε ότι η θεωρητική σχέση των Lucas-Washburn δεν ισχύει για πολυμερή. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας αυτής μελετήθηκε η επίδραση του περιορισμού στην τμηματική κίνηση αλλά και στην κίνηση ολόκληρης της αλυσίδας. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, επιλέχθηκαν (α) το πολυϊσοπρένιο εξαιτίας της μη μηδενικής διπολικής ροπής τόσο κάθετα όσο και παράλληλα στον άξονα της αλυσίδας (τύπου-Α) και (β) μια σειρά άμορφων (τύπου-Β και C) πολυμερών με μεγάλο εύρος θερμοκρασιών υάλου. Για τη μελέτη της δυναμικής και του σχετιζόμενου Τg χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε ο ρόλος των αλληλεπιδράσεων πολυμερούς/υποστρώματος στη μεταβολή της θερμοκρασίας υάλου, μέσω του υπολογισμού της διεπιφανειακής ενέργειας μιας πληθώρας άμορφων και ημικρυσταλλικών πολυμερών εντός των ίδιων μεμβρανών ΑΑΟ. Για τον υπολογισμό της διεπιφανειακής ενέργειας χρειάστηκε να εκτιμηθεί αρχικά η επιφανειακή τάση της αλουμίνας με βάση το μοντέλο των Fowkes-Oss-Chaudhuri-Good. Αυτό απαιτεί τη διεξαγωγή πειραμάτων μέτρησης της γωνίας συνεπαφής τόσο μιας σειράς απλών υγρών επί της αλουμίνας όσο και της επιφανειακής τάσης και των γωνιών συνεπαφής όλων των υπό μελέτη πολυμερών. Το αποτέλεσματα της μελέτης είναι ότι υπάρχει η τάση για ελάττωση της θερμοκρασίας υάλου σε σχέση με εκείνη απουσία περιορισμού με την αύξηση της διεπιφανειακής ενέργειας.