Транспортные свойства полиэфиримидов и нанокомпозитов на их основе в аморфном и упорядоченном состояниях

Диссертационная работа А.Ю. Добровского посвящена теоретическому исследованию структурного упорядочения олиго- и полиэфиримидов (ПЭИ), в том числе в присутствии углеродных нанонаполнителей (одностенных углеродных нанотрубок (ОСУНТ) или графена), и изучению влияния наблюдаемого упорядочения на транспортные свойства рассматриваемых систем. Основными объектами исследования были три ПЭИ на основе диамина 1,4-бис[4-(4-аминофенокси)феноксибензола] (P3) и трех диангидридов 3,3',4,4'-бифенилтетракарбоновой (BPDA), 3,3',4,4'-оксидифталиевой (ODPA) и 2,3',3,4'-бифенилтетракарбоновой (aBPDA) кислот, а также нанокомпозиты на их основе. В работе с помощью полноатомного компьютерного моделирования методом молекулярной динамики обнаружен переход ПЭИ BPDA-P3 из аморфного состояния в жидкокристаллическое с явно выраженным нематическим упорядочением при температуре, близкой к экспериментальной температуре плавления полимера, установлены этапы структурного упорядочения полимерных цепей вблизи поверхности нанонаполнителя. Для BPDA-P3 и ODPA-P3 установлено, что введение углеродного нанонаполнителя приводит к ускорению наступления структурного упорядочения приблизительно в 1,5 раза, при этом цепи аморфного aBPDA-P3 не упорядочиваются как при введении углеродного нанонаполнителя, так и без него. Показано, что короткие цепи, димеры, как и длинные полимерные цепи, упорядочиваются вдоль одного случайно выбранного направления как вблизи поверхности графена, так и вблизи плоской непроницаемой модельной стенки. Полученный результат доказывает, что ключевым фактором в наступлении упорядочения является пространственное ограничение конформационной подвижности молекул, вызванное введением нанонаполнителя. При исследовании растворимости газов (СН4 и СО2) в BPDA-P3 установлено ее уменьшение в упорядоченном состоянии по сравнению с аморфным, что объясняется уменьшением свободного объема в BPDA-P3 и его перераспределением по размерам при структурном упорядочении. Детальное изучение диффузии молекул газа в упорядоченном состоянии помогло установить наличие анизотропии транспортных свойств: значение коэффициента диффузии и проницаемости больше в направлении упорядочения по сравнению с нормальным направлением, при этом селективность по паре рассматриваемых газов одинакова во всех рассмотренных направлениях. Обнаружено, что способ достижения упорядоченного состояния не оказывает влияния на транспортные свойства BPDA-P3.