Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных направлений физики конденсированного состояния является теоретическое исследование физических свойств органических соединений. Изучение связи ориентационного порядка с физическими свойствами органических соединений - растворов и нематических жидких кристаллов - является весьма актуальной проблемой этого направления.
До последнего времени ближний ориентационный порядок был исследован только в растворах ароматических соединений, а вопрос о существовании его в растворах алифатических углеводородов оставался открытым. Важно отметить, что в этих системах наблюдается нижняя критическая точка растворения, существование которой не объясняется известными статистическими теориями. Поэтому представляет интерес изучить ближний ориентационный порядок в системах, содержащих молекулы алифатических углеводородов, и использовать концепцию ближнего ориентационного порядка для объяснения существования нижней критической точки растворения в растворах алифатических углеводородов.
Особый интерес вызывает изучение взаимодействия широкого класса органических соединений - жидких кристаллов, которые используются в оптике, радиоэлектронике, химии, биологии и являются основой жидкокристаллических дисплеев, с поверхностью раздела фаз. Актуальной задачей является разработка теоретической модели, описывающей ориентацию ЖК на поверхностях различной структуры. Существующие статистические теории не объясняют зависимости полярной и азимутальной энергии сцепления от параметра порядка и ориентацию молекул мезогенов относительно поверхности раздела с другими фазами, хотя решение этих задач является одной из ключевых проблем физики жидких кристаллов.
Эти вопросы могут быть решены с привлечением метода атом-атом потенциалов.
Цель работы состоит в установлении связи между ориентационным порядком и физическими свойствами растворов низкомолекулярных органических соединений и жидких кристаллов.
Для этого было необходимо решить следующие задачи:
выявить наличие ближнего ориентационного порядка в растворах алифатических углеводородов и установить его связь с их термодинамическими характеристиками;
установить связь гидрофобных взаимодействий с ближним ориентационным порядком в водных растворах;
построить фазовые диаграммы для систем с ближним ориентационным порядком;
определить зависимость энергии взаимодействия молекул углеводородов и мезогенов с поверхностью кристаллов от их взаимной ориентации;
5. определить зависимость полярной и азимутальной энергии сцепления ЖК с поверхностью от параметра порядка.
Научная новизна. Установлено существование ближнего ориентационного порядка в растворах алифатических углеводородов.
Объяснена природа гидрофобных взаимодействий на основании концепции ближнего ориентационного порядка в водных растворах.
Теоретически доказана возможность существования нижней критической температуры растворения в растворах алифатических углеводородов и в водных растворах бензола.
Получены зависимости энергии взаимодействия молекул алифатических углеводородов и мезогенов с поверхностью раздела фаз от ориентации. Дано объяснение ориентации молекул мезогенов относительно поверхности раздела фаз.
Получена зависимость полярной и азимутальной энергии сцепления ЖК от параметра порядка.
Практическая значимость. Результаты диссертации могут быть использованы при производстве плоскопанельных электронных средств отображения информации (дисплеев) на основе жидких кристаллов, органических и полимерных светодиодов, получении материалов из растворов, а также транспорте лекарственных препаратов в организме.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается использованием современных методов моделирования и вычислений и их согласованностью с общими положениями статистической физики, термодинамики и экспериментальными данными.
На защиту выносятся:
Существование ближнего ориентационного порядка в растворах низкомолекулярных алифатических углеводородов.
Объяснение природы гидрофобных взаимодействий на основании концепции ближнего ориентационного порядка в растворах.
3. Результаты теоретических исследований межмолекулярного
взаимодействия и ориентации молекул на поверхности раздела фаз.
4. Зависимость полярной и азимутальной энергии сцепления жидких
кристаллов от параметра порядка.
Личный вклад автора заключается в выводе уравнений, проведении расчетов, обработке и анализе полученных данных, участии в постановке задач.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII Международной научной конференции по лиотропным жидким кристаллам и наноматериалам, Иваново, 2009 г.; XV Симпозиуме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул, Петрозаводск, 2010 г.; 23rd International liquid crystals conference, Krakov, Poland, 2010; 15th International workshop on inorganic and organic electroluminescence, St - Petersburg, Russia, 2010; 19 Международном симпозиуме «Перспективные технологии дисплеев и полупроводниковой осветительной техники», г. Логойск, Республика Беларусь, 2011; III
Международной конференции «Современные проблемы молекулярной биофизики», Санкт-Петербург, 2011; а также на конференциях аспирантов и преподавателей и семинарах Московского государственного областного университета.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Материал изложен на - 122 страницах машинописного текста, включая - 71 иллюстрацию, - 5 таблиц, -181 библиографическое наименование.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, гранты №№ 10-07-00385-а, 10-03-90028-Bela, Министерства образования и науки Российской Федерации, государственный контракт № 02.740.11.5218.
