Polimerowe struktury globularne i micelarne badane metodami symulacji komputerowych - Lewandowski, Krzysztof (My University, 2012)
Polimery to fascynujące makromolekuły, które posiadają zdolność do samoorganizacji się w najróżniejsze nanostrutkury. Najbardziej podstawową strukturą jest globula – pojedynczy łańcuch o kształcie sfery. Kolejną, podobną strukturą, jest micela – która również ma sferyczny kształt, ale składa się z wielu molekuł. Do symulacji użyto metody Monte Carlo z algorytmem Parallel Tempering. Wybrano gruboziarnisty model liniowych polimerów o następujących architekturach: homopolimer, kopolimer dwublokowy oraz długie kopolimery wieloblokowe. Zbadano kopolimery wieloblokowe o architekturze (An-Bn)4, (A5-B5)n i (An-Bn)m w rozpuszczalniku. Spośród wielu otrzymanych struktur należy wyróżnić następujące: koraliki na łańcuszku, struktury wielordzeniowe, lamelarne globule, spirale, hand-shake oraz torus z rdzeniem. Następnie przeprowadzono symulacje układów wielu łańcuchów. Zbadano roztwory składające się z homopolimerów i kopolimerów dwublokowych (symetrycznych i asymetrycznych) skupiając się na procesach micelizacji. Kopolimery symetryczne tworzyły mieszaninę micel i małych cylindrów. Tylko dla kopolimerów asymetrycznych udało się uzyskać czysty roztwór złożony z micel o podobnych rozmiarach. Na koniec przebadano tworzenie się micel z kopolimerów (A5-B5) w warunkach wysokiego ciśnienia (modelowanego parametrem oddziaływania). Wyznaczono punkty mętnienia i micelizacji w funkcji temperatury i ciśnienia.

Polymers are fascinating macromolecules which can selforganize in many different nanostructures. The most basic polymer state is a globule – a single chain folded in a spherical shape. Second, similar structure, is a micelle – it also has spherical shape, but it consists of many aggregated molecules. A Monte Carlo simulation method with a Parallel Tempering algorithm is used. A coarse-grained model of linear polymers is chosen with following architectures: homopolymer, diblock copolymer, and long multiblock copolymer. Multiblock chains with (An-Bn)4, (A5-B5)n, and (An-Bn)m architectures with varied n and m in a solvent were studied. Few different structures may be distinguished: pearl necklace structure, multicore structures, lamellar globules, spirals, hand-shake, tori with cores, and double droplets. Next, simulations of many chains were performed. Solutions made of homopolymer and diblock copolymers with symmetric and asymmetric block sizes were studied, with a focus on a micellization process. Symmetric copolymers were forming mixture of micelles and small cylindrical structures. Only asymmetric diblock copolymers were able to form a pure micellar solution of similar sizes. Finally forming of micelles made of diblock copolymers (A5-B5) in high pressure solvent was studied. Cloud-points and micellization points in space of temperature and pressure were obtained.
Globular and Micellar Polymer Structures – Computer Simulations Study
Wydział Fizyki: Zakład Fizyki Kwantowej
Keywords: Polimer; Polymer; Globula; Globule; Micela; Micell; Symulacje; Simulations; Monte Carlo; Monte Carlo