Libmonster ID: UA-1761

Share this article with friends

 Автор: Т. М. БИРШТЕЙН, Ю. Я. ГОТЛИБ, А. А. ДАРИНСКИЙ

Все началось с организации в 1948 г. ленинградского Института высокомолекулярных соединений. В состав лаборатории структуры полимеров член-корреспондент АН СССР М. В. Волькенштейн включил небольшую теоретическую группу. Основной задачей, поставленной перед ней, было установление количественной связи между химической структурой полимеров, их гибкостью и физическими свойствами.

стр. 77


Доктора физико-математических наук Т. М. БИРШТЕЙН, Ю. Я. ГОТЛИБ, А. А. ДАРИНСКИЙ, Институт высокомолекулярных соединений РАН

К тому времени было известно: гибкость макромолекул объясняется внутренним вращением вокруг единичных связей остова цепи. Главной идеей, позволившей найти подходы к решению выдвинутой задачи, была концепция, сформулированная М. В. Волькенштейном в 1951 г. Суть ее вкратце сводится к следующему: в гибких полимерных цепях возможны не любые повороты звеньев, а существует лишь дискретный набор различных состояний - поворотных изомеров или конформеров. Их геометрические и энергетические характеристики определяются химической структурой конкретного полимера. Были развиты методы расчета этих характеристик.

Ранее считалось: поворотная изомерия присуща лишь низкомолекулярным соединениям. Спецификой данного явления в цепных макромолекулах оказалась взаимозависимость поворотно-изомерных состояний соседних по цепи связей. Это навело группу учеников Волькенштейна на мысль о возможности использовать ранее разработанную в физике магнитных явлений так называемую одномерную модель Изинга. Она была предложена в 1925 г. именно для учета взаимозависимости состояний соседних групп. И хотя сами группы, их возможные состояния в полимерной цепи совсем другие, чем в магнетиках, использование математической аналогии оказалось весьма продуктивным. Был построен математический аппарат для расчета характеристик макромолекул как целого: размеров, дипольных моментов, оптической анизотропии и т.д. на базе характеристик отдельных поворотных изомеров.

Эти работы послужили основой для создания нового научного направления - статистической физики макромолекул. В обобщенном варианте они были изданы в приоритетных монографиях в 1959 и 1964 гг. Почти сразу их перевели на английский язык и переиздали отдельными томами в международной серии High Polymers. Они получили широкое признание мировой научной общественности. В нобелевской лекции (1974 г.) американский физикохимик П. Флори подчеркивал, что его исследования по теории гибкости полимеров базировались на работах ленинградской школы М. В. Волькенштейна. Идеи и методы, заложенные в основу статистической физики макромолекул, выдержали проверку временем. До сих пор многие ученые используют их в своих работах.

Дальнейшее развитие теории равновесных свойств полимеров шло по нескольким направлениям. Во-первых, методы квантовой химии были использованы для расчета конформаций и энергий поворотных изомеров. Значительный вклад здесь внесли прежде всего работы В. А. Зубкова, И. С. Милевской. Другое направление, инициированное трудами М. В. Волькенштейна и О. Б. Птицына, было связано с развитием молекулярной биофизики. Оно включало изучение конформационных переходов типа спираль-клубок, складчатая структура-клубок, глобула-клубок в отдельных макромолекулах, находящихся в растворе. Такого рода процессы характерны для жизненно важных нуклеиновых кислот и белков.

Еще одно направление основывалось на взаимодействии полимеров с разнообразными поверхностями, в результате чего можно менять проницаемость мембран, управлять взаимодействием коллоидных частиц и т.д. При этом изучали закономерности адсорбции данных соединений на поверхностях различной кривизны, а также молекулярные системы, представляющие монослои полимерных цепей, "привитых" к поверхности их концевыми группами. Такие системы принято называть полимерными щетками.

Следует отметить также изыскания, связанные с разработкой теории надмолекулярных структур, которые возникают в ди- и три-блоксополимерах, т. е. макромолекулах, состоящих из двух или трех блоков различной химической породы. При их несовместимости происходит разделение, возникают регулярные надмолекулярные суперструктуры на нанометровом уровне. Меняя относительные размеры указанных блоков, можно получить их разновидности: плоские, а также содержащие цилиндрические или сферические домены. В работах ученых школы Волькенштейна было показано, что наряду с "химическим" способом управления надмолекулярным строением возможен и "физический" - путем смешения блоксополимеров с разными длинами блоков. Теория показала: в этих смесях могут образовываться единые суперструктуры.

Почти одновременно с развитием теории равновесной гибкости макромолекул были начаты исследования их динамических свойств (в работах М. В. Волькенштейна и его ученика Ю. Я. Готлиба, затем учеников последнего К. М. Салихова, Ю. Е. Светлова, А. А. Даринского). В трудах 50 - 60-х годов XX в. методы

стр. 78


кинетики кооперативных процессов (динамическая модель Изинга) были использованы для анализа динамики полимеров с поворотно-изомерным механизмом гибкости. В то же время начали моделирование релаксационных свойств полимерных сеток (в связи с проблемой поглощения ультразвука в соответствующих растворах).

В 60 - 70-х годах впервые была предложена теория, учитывающая взаимосвязь динамических процессов в твердых полимерах и объясняющая особенности температурно-частотных зависимостей различных релаксационных характеристик. Тогда же большое внимание уделяли познанию локальных релаксационных процессов в полимерах и их проявлений в диэлектрической релаксации, ЯМР (ядерном магнитном резонансе), поляризованной люминесценции. В институте изучали связи реакционной способности макромолекул с молекулярной подвижностью. В частности, удалось выяснить, как поворотно-изомерный механизм подвижности проявляется в вышеуказанных явлениях. Важным достижением данных работ явилось открытие конкретного механизма соответствующих перестроек в макромолекулах.

С 1985 г. одним из основных направлений поиска стала разработка теории молекулярной подвижности в анизотропных и частично упорядоченных полимерных системах, в частности, в жидких кристаллах, или под воздействием сильных нелинейных внешних полей. Кроме того, изучается закономерность кооперативных процессов со многими частицами в полимерных сетках с учетом внутри- и межцепных взаимодействии, топологических ограничений (узлы в полимерных сетках).

Появление и развитие ЭВМ позволило решать задачи, недоступные аналитическим подходам. В 60-е годы параллельно с исследованиями на Западе в нашем институте под руководством О. Б. Птицына начали моделировать полимерные цепи методом Монте-Карло. Эти разработки оказались очень эффективными. В частности, А. К. Крон предложил новый способ формирования набора конформаций макромолекул, который используется до сих пор; А. М. Ельяшевич одним из первых применил этот метод для изучения свойств заряженных полимеров (полиэлектролитов); он же совместно с Л. А. Моргенштерном и Т. М. Бирштейн - для моделирования переходов клубок- глобула, а в середине 70-х годов в цикле работ Т. М. Бирштейн и др. - для выяснения, какие конформаций имеют гибкие полимерные цепи в аморфном субстрате. Подтвердилось предсказание П. Флори о том, что межмолекулярные взаимодействия не вносят дополнительной упорядоченности в это состояние цепей.

В конце 70-х годов в сотрудничестве с Вычислительным центром АН СССР (Пущино-на-Оке) под руководством А. А. Даринского сформировалось новое направление - компьютерное моделирование динамических свойств полимеров. В его рамках впервые успешно использован метод молекулярной динамики (применявшийся ранее для низкомолекулярных систем). При этом выделяется небольшая часть исследуемой системы (содержащей от сотен до сотен тысяч атомов) и с помощью компьютера проводится численное решение уравнений движения для всех атомов с учетом взаимодействий между ними. В результате получаются значения координат и скоростей атомов в последовательные моменты времени. А различные средние характеристики макромолекул рассчитывают путем усреднения по времени. Правда, в первых работах из-за ограниченности мощности ЭВМ изучали достаточно простые модели, отражающие универсальные свойства полимеров. Но дальнейшее развитие и совершенствование компьютерной базы позволило перейти к более сложным системам.

В 80-х годах впервые в СССР начали использовать метод броуновской динамики при компьютерном моделировании динамики полимеров. В этом случае решают уравнения движения только для частиц выделенной макромолекулы, а окружающую ее среду (растворитель, другие макромолекулы) рассматривают как эффективную вязкую жидкость и источник случайных сил. При этом удается существенно увеличить временной масштаб изучаемых процессов, отметить изменения полимерных цепей с заторможенным внутренним вращением и установить механизм поворотно-изомерных переходов в них.

И ныне петербургская школа по теории полимеров является ведущей в стране, расширяя контакты с международным научным сообществом.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-ПОЛСТОЛЕТИЯ-ТЕОРИИ-ПОЛИМЕРОВ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Бельбек ТахумовContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/Scientist

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Проблемы. Поиск. Решения. ПОЛСТОЛЕТИЯ ТЕОРИИ ПОЛИМЕРОВ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 18.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-ПОЛСТОЛЕТИЯ-ТЕОРИИ-ПОЛИМЕРОВ (date of access: 27.07.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Rating
0 votes
Related Articles
ЗАРУБЕЖНАЯ ИСТОРИОГРАФИЯ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ ПРАВИТЕЛЬСТВ М. ТЭТЧЕР И ДЖ. МЭЙДЖОРА (1980 - 1990-Е ГОДЫ)
Catalog: История 
23 hours ago · From Україна Онлайн
ЛОРД ПАЛЬМЕРСТОН В ЕВРОПЕЙСКОЙ ДИПЛОМАТИИ
Catalog: История 
23 hours ago · From Україна Онлайн
ОБЩЕЕ СОБРАНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИХ НАУК РАН
Catalog: История 
23 hours ago · From Україна Онлайн
ВАЖНЫЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ИСТОРИИ США XIX ВЕКА
Catalog: История 
24 hours ago · From Україна Онлайн
ИМПЕРАТОР БОКАССА I И ВЛАСТЬ В ПОСТКОЛОНИАЛЬНОЙ АФРИКЕ
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
СРАЖЕНИЕ ЗА КРИТ В МАЕ 1941 ГОДА
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
ОЧЕРКИ ОБ ИСТОРИКАХ ФРАНЦИИ. ПО СТРАНИЦАМ "ФРАНЦУЗСКОГО ЕЖЕГОДНИКА"
4 days ago · From Україна Онлайн
НЕОМАЛЬТУЗИАНСКИЙ ЦИКЛ НА ПРИМЕРЕ ИСПАНИИ XVI - XVII ВЕКОВ
Catalog: История 
4 days ago · From Україна Онлайн
Пришельцы, Земли нашей Гости — посланцы не мира сего, а Иного, Огня за чертой. Выход к нам из него — шаг один из Эфирного царства как Глуби Земли.
Catalog: Философия 
5 days ago · From Олег Ермаков
ЭТНОПОЛИТИЧЕСКИЙ КОНФЛИКТ В СЕВЕРНОЙ ИРЛАНДИИ: ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ
Catalog: История 
6 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
Проблемы. Поиск. Решения. ПОЛСТОЛЕТИЯ ТЕОРИИ ПОЛИМЕРОВ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones