Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


ИЗУЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ПОЛИИМИДА Р-СОД

Работа №137312

Тип работы

Дипломные работы, ВКР

Предмет

физика

Объем работы40
Год сдачи2017
Стоимость4225 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
15
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


1. ВВЕДЕНИЕ
2. ПОЛИИМИДЫ
3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ
4.1. ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЛАКСАЦИОНН^1Е МОДЕЛИ. ФОРМУЛА ГАВРИЛЬЯКА-НЕГАМИ
4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИИМИДОВ ..
5. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ
5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ПОЛИМЕРОВ
5.2. МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
5.3. АНАЛИЗ РЕЛАКСАЦИОНН^1Х ПРОЦЕССОВ В КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ
5.3.1. Спектральный метод
5.3.2. Мульти-экспоненциальный метод
5.3.3. Метод растянутых экспонент
5.4. ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ВО ВРЕМЕННОМ И ЧАСТОТНОМ ДИАПАЗОНАХ ... 22
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГОПОЛИИМИДА Р-СОД. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ
6.1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ 25
6.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИИМИДА Р-СОД 26
6.2.1. Установка Novocontrol BDS Concept 22 26
6.2.2. Создание образцов для исследования методом диэлектрической спектроскопии
и обработка полученных данных 27
6.3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛИИМИДА Р-СОД 29
7. ВЫВОДЫ
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Полиимиды (ПИ) относятся к классу гетероциклических полимеров, химическая
структура которых включает имидный цикл. Наличие в повторяющемся звене фталимидных
циклов и фениленовых ароматических колец обуславливает такие физико-химические
свойства, как высокая термическая стабильность и теплостойкость, устойчивость к
проникающей радиации и органическим растворителям. Также ПИ обладают хорошими
механическими и диэлектрическими свойствами [1–4]. Благодаря прекрасным
эксплуатационным характеристикам термопластичные ПИ являются перспективными
материалами для применения в различных областях промышленности: автомобиле- и
ракетостроении, при создании на их основе термостойких изоляционных подложек в
микроэлектронной технике и др. [5].
Изучение диэлектрических свойств полимерных систем имеет важное научное и
техническое значение. Исследование локальной ориентационной подвижности позволяет
установить взаимосвязь между изменением химической структуры и свойствами конечных
соединений, созданных на их основе, что важно для разработки новых изоляционных
материалов, обладающих как хорошей термостойкостью, так и низкой диэлектрической
проницаемостью [6]. На сегодняшний день для исследования диэлектрических свойств
полимеров чаще всего используют экспериментальный метод диэлектрической
спектроскопии и компьютерное моделирование (численный эксперимент) на основе
атомистической молекулярной динамики.
Несмотря на большое количество работ по экспериментальному изучению более
простых, чем полиимиды, соединений [7, 8], до сих пор остается открытым вопрос о
зависимости диэлектрических свойств ПИ от их химического строения. Сложность
интерпретации различных температурных и частотных зависимостей диэлектрических
свойств термопластичных ПИ заключается в наличии в химической структуре повторяющихся
звеньев большого количества полярных групп, подвижность каждой из которых вносит свой
вклад в общий релаксационный спектр макромолекулы. На данный момент до конца остается
неясным, как экспериментально установить взаимосвязь между локальной ориентационной
подвижностью отдельных фрагментов цепи ПИ и релаксационными процессами,
наблюдаемыми в диэлектрическом спектре [1, 2].
Метод молекулярной динамики в рамках атомистических моделей является наиболее
удобным инструментом для исследования диэлектрических свойств, поскольку позволяет4
изучить, как зависит локальная ориентационная подвижность полиимидов от особенностей их
химического строения. К сожалению, работы, относящиеся к изучению диэлектрических
свойств ПИ методом атомистической молекулярной динамики, в литературе практически не
встречаются. В данной работе была выполнена первая попытка исследования релаксационных
процессов термопластичных полиимидов методами атомистической молекулярной динамики.
Целью работы было исследование диэлектрических свойств термопластичного ПИ Р-СОД в
эксперименте и в компьютерном моделировании, а также разработка методики анализа и
сравнения результатов, полученных различными методами.
Для достижения заявленной цели в работе был поставлен и решен ряд задач:
1. Выполнить экспериментальное исследование диэлектрических свойств
термопластичного ПИ Р-СОД и определить энергии активации релаксационных процессов.
2. Провести атомистическое компьютерное моделирование термопластичного
полиимида Р-СОД. Исследовать в моделировании локальную ориентационную
подвижность различных дипольных моментов повторяющегося звена ПИ Р-СОД и
определить значения их энергии активации.
3. Провести сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования и
экспериментальных данных.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В работе было выполнено компьютерное моделирование и экспериментальное
исследование локальной ориентационной подвижности термопластичного ПИ Р-СОД. Анализ
полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
1. При экспериментальном исследовании диэлектрических свойств термопластичного
ПИ Р-СОД было обнаружено наличие в его релаксационном спектре двух
релаксационных процессов, имеющих неаррениусовскую и аррениусовскую
температурные зависимости, которые могут быть интерпретированы как-релаксационные процессы.
2. В результате исследования локальной ориентационной подвижности различных
дипольных моментов повторяющегося звена ПИ Р-СОД методами компьютерного
моделирования была обнаружена их гетерогенная динамика. Показано, что
дипольные моменты, расположенные перпендикулярно остову полимерной цепи
релаксируют намного быстрее, чем дипольные моменты, расположенные вдоль остова цепи.
3. При сравнительном анализе экспериментальных данных и результатов
компьютерного моделирования было установлено, что наиболее близкое к
эксперименту значение энергии активации β-релаксационного процесса
наблюдается для вектора дипольного момента, направленного вдоль эфирной связи
в диаминном фрагменте повторяющегося звена ПИ Р-СОД. Таким образом, β-
релаксационный процесс в ПИ Р-СОД может быть связан с локальной
ориентационной подвижностью дипольных моментов эфирных групп,
расположенных в диаминном фрагменте повторяющегося звена ПИ Р-СОД


1. Comer, A.C. Dynamic relaxation characteristics of Matrimid polyimide / A.C. Comer, D.S.
Kalika, B.W. Rowe, B.D. Freeman, D.R. Paul // Polymer. – 2009. – V. 50. – № 3. – P. 891–897.
2. Comer, A.C. Dynamic relaxation characteristics of thermally rearranged aromatic polyimides /
A.C. Comer, C.P. Ribeiro, B.D. Freeman, S. Kalakkunnath, D.S. Kalika // Polymer – 2013. – V.
54. – № 2. – P. 891–900.
3. Damaceanu, M.D. Insights into the chain and local mobility of some aromatic polyamides and
their influence on the physicochemical properties / M.D. Damaceanu, R.D. Rusu, M. Cristea,
V.E. Musteata, M. Bruma, A. Wolinska-Grabczyk // Macromol. Chem. Phys. – 2014. – V. 215.
– № 16. – P. 1573–1587.
4. Eastmond, G.C. Influence of change in ether structure on the low temperature dielectric
relaxation of some poly(ether imide) / G.C. Eastmond, J. Paprotny, R.A. Pethrick, F. SantamariaMendia // J. Appl. Polym. Sci. – 2014. – V. 41191. – P. 1–10.
5. Адрова, Н.А. Полиимиды – новый класс термостойких полимеров / Н.А. Адрова, М.И.
Бессонов, Л.А. Лайус, А.П. Рудаков – Ленинград: Наука, 1967. – 211с.
6. Ghosh, M. Polyimides: Fundamentals and Applications / M. Ghosh – CRC Press, 1996. – 912 p.
7. Comer, A. // Dynamic Relaxation Properties of Aromatic Polyimides and Polymer
Nanocomposites. Doctoral dissertation, University of Kentucky, 2011.
8. Schönhals, A. Dielectric spectroscopy on the dynamics of amorphous polymeric systems / A.
Schönhals // Novocontrol Application Notes Dielectrics 1 – 1998. – № 1. – P. 1–17.
9. Бессонов, М.И. Полиимиды - класс термостойких полимеров / М.И. Бессонов, М.М.
Котон, В.В. Кудрявцев, Л.А. Лайус – Ленинград: Наука, 1983.– 328 c.
10. Тагер, А.А. Физико-химия полимеров / А.А. Тагер – Москва: Госхимиздат, 1963. –528с.
11. Гаврильяк, С. Анализ α-дисперсии в некоторых полимерных системах методом
комплексных переменных. В кн.: Переходы и релаксационные явления в полимерах. / С.
Гаврильяк, С. Негами –Москва: Мир, 1968. C. 118–137.
12. Jacobs, J.D. Dielectric characteristics of polyimide CP2 / J.D. Jacobs, M.J. Arlen, D. H. Wang,
Z. Ounaies, R. Berry, L.S. Tan, P.H. Garrett, R.A. Vaia // Polymer – 2010. – V. 51. – № 14. – P.
3139–3146.
13. Малышкина, И.А. Основы метода диэлектрической спектроскопии: учебное пособие -
Москва: Физический факультет МГУ, 2012. – 80 с.
14. Smith, G.D. A molecular dynamics simulation study of the α- and β-relaxation processes in 1,4-
polybutadiene / G.D. Smith, D. Bedrov // J. Non. Cryst. Solids – 2006. – V. 352. – № 42–49
SPEC. ISS. – P. 4690–4695.37
15. Bedrov, D. A Molecular Dynamics Simulation Study of Segmental Relaxation Processes in
Miscible Polymer Blends / D. Bedrov, G.D. Smith – 2006. – V.39. – P. 8526–8535.
16. Peter, S. Modeling dielectric relaxation in polymer glass simulations: dynamics in the bulk and
in supported polymer films / S. Peter, S. Napolitano, H. Meyer, M. Wubbenhorst, J. Baschnagel
// Macromolecules. – 2008. – V. 41. – № 20. – P. 7729–7743.
17. Boyd, S.U. Chain dynamics and relaxation in amorphous poly (ethylene terephthalate): A
molecular dynamics simulation study / S.U. Boyd, R.H. Boyd // Macromolecules. – 2001. – V.
34. – № 20. – P. 7219–7229.
18. Ландау, Л.Д. Статистическая физика. Т. 5: учебное пособие / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц.
– Москва: Наука, 1976. – 584 с.
19. Халатур, П.Г. Компьютерное моделирование полимеров / П.Г. Халатур, А.Р. Хохлов //
Соросовский образовательный журнал. – Т. 7. – № 8. – C. 37–43.
20. Oostenbrink, C.A biomolecular force field based on the free enthalpy of hydration and solvation:
the GROMOS force-field parameter sets 53A5 and 53A6 / C. Oostenbrink, A. Villa, A.E. Mark,
W.F. Van Gunsteren // Journal of computational chemistry. – 2004. – V. 25. – № 13. – P. 1656–
1676.
21. Schuler, L.D. On the choice of dihedral angle potential energy functions for n-alkanes / L.D.
Schuler, W.F. Van Gunsteren // Molecular Simulation. – 2000. – V. 25. – № 5. – P. 301–319.
22. MacKerell, A.D. All-Atom Empirical Potential for Molecular Modeling and Dynamics Studies
of Proteins / A.D. MacKerell, Jr., D. Bashford, M. Bellott, R.L. Dunbrack, Jr., J.D. Evanseck,
M.J. Field, S. Fischer, J. Gao, H. Guo, S. Ha, D. Joseph-McCarthy, L. Kuchnir, K. Kuczera,
F.T.K. Lau, C. Mattos,. Michnick, T. Ngo, D.T. Nguyen, B. Prodhom, W.E. Reiher, B. Roux, M.
Schlenkrich, J.C. Smith, R. Stote, J. Straub, M. Watanabe, J. Wio´rkiewicz-Kuczera, D. Yin, M.
Karplus // J. Phys. Chem. B. – 1998. – V. 102. – № 18. – P. 3586–3616.
23. MacKerell, A.D. An all-atom empirical energy function for the simulation of nucleic-acids / A.D.
Mackerell, J. Wiorkiewiczkuczera, M. Karplus // J. Am. Chem. Soc. – 1995. – V. 117. – № 48.
– P. 11946–11975.
24. Sun, H. COMPASS: an ab initio force-field optimized for condensed-phase applications
overview with details on alkane and benzene compounds / H. Sun // J. Phys. Chem. B – 1998. –
V. 102. – № 38. – P. 7338–7364.
25. Cornell, W.D. A second generation force field for the simulation of proteins, nucleic acids, and
organic molecules / W.D. Cornell, P. Cieplak, C.I. Bayly, I.R. Gould,l K.M. Merz, Jr., D.M.
Ferguson, D.C. Spellmeyer, T. Fox, J. W. Caldwell, P.A. Kollman // J. Am. Chem. Soc. – 1995.
– V. 117. – № 19. – P. 5179–5197.
26. Wang, J. Development and testing of a general amber force field / J. Wang, R.M. Wolf, J.W.38
Caldwell, P.A. Kollman, D.A. Case // J. Comput. Chem. – 2004. – V. 25. – № 9. – P. 1157–1174.
27. Lyulin, S.V. Multiscale computer simulation of polymer nanocomposites based on
thermoplastics / S.V. Lyulin, S.V. Larin, V.M. Nazarychev, S.G. Falkovich, J.M. Kenny //
Polym. Sci. Ser. C – 2016. – V. 58. – № 1. – P. 2–15.
28. Baschnagel, J. Computer simulations of supercooled polymer melts in the bulk and in confined
geometry / J. Baschnagel, F. Varnik // J. Phys. Condens. Matter – 2005. – V. 17. – № 32. – P.
R851–R953.
29. Nazarychev, V.M. Evaluation of the characteristic equilibration times of bulk polyimides via
full-atomic computer simulation / V. M. Nazarychev, S.V. Larin, N.V. Lukasheva, A.D. Glova,
S.V. Lyulin // Polym. Sci. Ser. A – 2013. – V. 55. – № 9. – P. 570–576.
30. Lyulin, S.V. Effect of the SO2 group in the diamine fragment of polyimides on their structural,
thermophysical, and mechanical properties / S.V. Lyulin, S.V. Larin, A.A. Gurtovenko, N.V.
Lukasheva, V.E. Yudin, V.M. Svetlichnyi, A.V. Lyulin // Polym. Sci. Ser. A – 2012. – V. 54. –
№ 8. – P. 631–643.
31. M.J. Abraham, D. van der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, and the GROMACS development team,
GROMACS User Manual version 5.0.7 [Электронный ресурс], www.gromacs.org
32. Иванов, В.А. Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и
биополимеров: учебное пособие / В.А. Иванов, А.Л. Рабинович, А.Р. Хохлов – Москва.:
Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. – 696 с.
33. Fal’kovich, S.G. Computer simulation of the heat-resistant polyimides ULTEMTM and
EXTEMTM with the use of GROMOS53a6 and AMBER99 force fields / S.G. Fal’kovich, S.V.
Larin, V.M. Nazarychev, I.V. Volgin, A.A. Gurtovenko, A.V. Lyulin, S.V. Lyulin // Polym. Sci.
Ser. A – 2014. – V. 56. – № 4. – P. 558–567.
34. Nazarychev, V.M. Parameterization of electrostatic interactions for molecular dynamics
simulations of heterocyclic polymers / V. M. Nazarychev, S.V. Larin, A.V. Yakimansky, N.V.
Lukasheva, A.A. Gurtovenko, I.V. Gofman, V.E. Yudin, V.M. Svetlichnyi, J.M. Kenny, S.V.
Lyulin // J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. – 2015. – V. 53. – № 13. – P. 912–923.
35. Lyulin, S.V. Thermal properties of bulk polyimides: insights from computer modeling versus
experiment. / S.V. Lyulin, S.V. Larin, A.A. Gurtovenko, V.M. Nazarychev, S.G. Falkovich, V.E.
Yudin, V.M. Svetlichnyi, I.V. Gofman, A.V. Lyulin // Soft Matter – 2014. – V. 10 – № 8. – P.
1224–1232.
36. Lyulin, S. V. Microsecond atomic-scale molecular dynamics simulations of polyimides / S.V.
Lyulin, A.A. Gurtovenko, S.V. Larin, V.M. Nazarychev, A.V. Lyulin // Macromolecules – 2013.
– V. 46. – № 15. – P.6357–6363.
37. Heffernan, J V. Rotational relaxation in simple chain models. / J V. Heffernan, J. Budzien, F.39
Avila, T.C. Dotson, V.J. Aston, J.D. McCoy. // J. Chem. Phys. – 2007. – V. 127. – № 21. – P.
214902.
38. Aster, R.C. Parameter estimation and inverse problems: Elsevier Academic / R.C. Aster, B.
Borchers, C.H. Thurber – Elsevier-Academic Press, New York, London, 2005. – 315 p.
39. Provencher, S.W. CONTIN: a general purpose constrained regularization program for inverting
noisy linear algebraic and integral equations / S.W. Provencher // Comput. Phys. Commun. –
1982. – V. 27. – № 3. – P. 229–242.
40. Lyulin, A.V. Correlated Segmental Dynamics in Amorphous Atactic Polystyrene:  A Molecular
Dynamics Simulation Study / A.V. Lyulin, N.K. Balabaev, M. A. J. Michels // Macromolecules
– 2002. – V. 35. – № 25. – P. 9595–9604.
41. Solar, M. Dielectric α-relaxation of 1,4-polybutadiene confined between graphite walls:
Molecular dynamics investigations through numerical simulations of polymer molecules
relaxation / M. Solar, W. Paul // Eur. Phys. J. E – 2015. – V. 38. – № 5. – P. 21–23.
42. Smith, G. D. Dynamics of a poly (isoprene)/poly (vinyl ethylene) blend revisited: Component
polymer relaxation and blend behavior / G.D. Smith, D. Bedrov // Eur. Polym. J. – 2006. – V.
42. – № 12. – P. 3248–3256.
43. Smith, G.D. A. molecular-dynamics simulation study of dielectric relaxation in a 1,4-
polybutadiene melt / G.D. Smith, O. Borodin, W. Paul // J. Chem. Phys. – 2002. – V. 117. – №
22. – P. 10350–10359.
44. [Электронный ресурс] http://grafitylabs.com/docs/features.html
45. Damaceanu, M.D. Local and segmental motion in highly transparent and low-k poly(ether-imide)
films / M. D. Damaceanu, M. Bruma // J. Polym. Res. – 2015. – V. 22. – № 1. – P. 639–652.
46. Damaceanu, M.D. Insulating polyimide films containing n-type perylenediimide moieties / M.
D. Damaceanu, R. D. Rusu, V. E. Musteata, M. Bruma // Polym. Int. – 2012. – V. 61. – № 10. –
P. 1582–1591.
47. Eastmond, G.C. Dielectric relaxation studies of some poly(ether imide)s containing main-chain
ethyleneoxide units / G.C. Eastmond, J. Paprotny, A. Pawson, R.A. Pethrick, F. SantamariaMendia // J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. – 2014. – V. 52. – № 20. – P. 1326–1336.
48. Eastmond, G.C. A Comparison of Poly(ether imide)s with 3-Phthalimide and 4-Phthalimide
Units: Synthesis, Characterization, and Physical Properties / G.C. Eastmond, J. Paprotny, R.A.
Pethrick, F. Santamaria-Mendia // Macromolecules – 2006. – V. 39. – № 22. – P. 7534–7548.
49. Gillan, M.J. Computer simulation in materials science / M.J. Gillan, M. Meyer, V. Pontikis //
Kluwer, New York. – 1991. – 257 p.
50. Nazarychev, V.M. Correlation between the High-Temperature Local Mobility of Heterocyclic
Polyimides and Their Mechanical Properties / V.M. Nazarychev, A.V. Lyulin, S.V. Larin, I.V.40
Gofman, J.M. Kenny, S.V. Lyulin // Macromolecules – 2016. – V. 49. – № 17. – P. 6700–6710

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.