Направление: 010700 Физика
Профиль: Статистическая теория неоднородных систем 
Кафедра статистической физики
Научный руководитель: к.ф.-м.н. С.В. Ларин
Рецензент: к.ф.-м.н. А.А. Полоцкий

Компьютерное моделирование фуллерен-содержащих нанокомпозитов на основе термопластичных полиимидов
Волгин Игорь Вадимович

В последнее время все большую промышленную важность приобретает переход от использования классических материалов (в основном, металлов) к новому типу конструкционных материалов - полимерным нанокомпозитам. Данные материалы характеризуются улучшенными эксплуатационными характеристиками, которые достигаются за счет введения наночастиц наполнителя в полимерные матрицы. Одним из перспективных классов полимеров, используемых для производства современных композиционных материалов, является класс ароматических полиимидов. 
В представленной работе методами полноатомной молекулярной динамики впервые исследованы структурные свойства фуллерен-содержащих нанокомпозитов на основе термопластичных полиимидов. Изучено влияние типа наполнителя и изменения химической структуры полиимидов на ориентационное упорядочение цепей вблизи поверхности наполнителя. Впервые проведен детальный анализ динамического поведения фуллеренов в расплавах полиимидов на атомарном уровне с использованием функций среднеквадратичного смещения и корреляционных функций Ван-Хова, вычисленных для широкого диапазона времен по результатам микросекундного моделирования. Полученные данные были проанализированы в свете скейлинговой теории диффузии частиц в полимерных расплавах, произведено сравнение результатов моделирования с теоретическими предсказаниями.
По итогам работы можно сделать следующие выводы:
1.	Методами молекулярной динамики проведено исследование структурных и диффузионных свойств фуллерен-содержащих нанокомпозитов на основе термопластичных полиимидов с использованием полноатомных моделей. Показано наличие различных режимов диффузии частиц (баллистический, субдиффузионный, нормальный), что согласуется с имеющимися теоретическими представлениями. 
2.	Различие в химической структуре наполнителей не оказывает существенного влияния на ориентационное упорядочение цепей полиимидов вблизи поверхности фуллеренов. В то же время, способность наночастиц инициировать кристаллизацию полимера возрастает с увеличением их длины, при этом минимальный критический размер наночастицы, необходимый для инициации процесса структурного упорядочения полимерной матрицы, сопоставим с длиной сегмента Куна полимерной цепи.
3.	Существенный вклад в диффузию фуллеренов даже в слабо запутанных полимерных системах вносит «механизм прыжков», что не полностью согласуется с современными теоретическими представлениями о диффузии наночастиц в полимерных расплавах и может быть обусловлено близостью характерных размеров частиц и полимерных систем. Однако установлено, что размер прыжка сопоставим с величиной сегмента Куна полимерной цепи, что согласуется с выводами скейлинговой теории.
4.	Показано, что характер подвижности фуллеренов C60 зависит от особенностей химического строения полиимидов. В частности, в композитах на основе ПИ R-BAPO, обладающего большей гибкостью цепей по сравнению с ПИ R-BAPB, наночастицы имеют большую подвижность, что косвенно свидетельствует о меньшей микроскопической вязкости расплава R-BAPO. В то же время, модификация поверхности фуллерена приводит к изменению его подвижности.
5.	Установлено, что вне зависимости от типа фуллерена, введение данных наночастиц в матрицу сложного по своему химическому строению полиимида R-BAPB способствует увеличению подвижности цепей в образце, что качественно соответствует уменьшению вязкости расплава, и согласуется с результатами теоретических работ и экспериментальными данными.

Список публикаций:
1.	С.Г. Фалькович, С.В. Ларин, В.М. Назарычев, И.В. Волгин, А.А. Гуртовенко, 
А.В. Люлин, С.В. Люлин. Компьютерное моделирование теплостойких полиимидов EXTEM™ и ULTEM™ с использованием полноатомных силовых полей Gromos и Amber // Высокомолекулярные соединения, Серия А, 2014, Том 56, №4, C. 478.
2.	И.В. Волгин, С.Г. Фалькович, С.В. Ларин, В.М. Назарычев, А.А. Гуртовенко, 
А.В. Люлин, С.В. Люлин. Компьютерное моделирование теплостойких полиимидов EXTEM™ и ULTEM™ с использованием полноатомных силовых полей Gromos и Amber  // Сборник тезисов, 9-я Санкт-Петербургская молодежная конференция с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (г. Санкт-Петербург, 11-14 ноября 2013 года).
3.	I.V. Volgin, S.G. Falkovich, S.V. Larin, V.M. Nazarychev, A.A. Gurtovenko, A.V. Lyulin, S.V. Lyulin. Computer simulation of EXTEM™ and ULTEM™ polyimides using Gromos and Amber force fields // Book of abstracts, The 8-th International Symposium “Molecular Order and Mobility in Polymer Systems”, 2014 (St. Petersburg, June 2-6, 2014).
4.	Н.И. Борздун, С.В. Ларин, И.В. Волгин, В.М. Назарычев, J.M. Kenny, С.В. Люлин. Компьютерное моделирование спирали P3HT в вакууме и в окружении аморфного полимера // Сборник тезисов, 10-я Санкт-Петербургская молодежная конференция с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (г. Санкт-Петербург, 10-13 ноября 2014 года).
5.	I.V. Volgin, S.V. Larin, S.G. Falkovich, V.M. Nazarychev, S.V. Lyulin. Fullerene diffusion in polyimide based nanocomposites: molecular dynamics simulation // Book of abstracts, IX International Chemistry Conference for young scientists «Mendeleev 2015» (St.Petersburg, April 7-10, 2015).