Μοριακές προσομοιώσεις ελεύθερων υμενίων γραμμικού πολυαιθυλενίου σε ατομιστική αναπαράσταση

Νικολακοπούλου, Αναστασία; Nikolakopoulou, Anastasia

dc.contributor.author	Νικολακοπούλου, Αναστασία	el
dc.contributor.author	Nikolakopoulou, Anastasia	en
dc.date.accessioned	2016-03-30T12:52:33Z
dc.date.issued	2016-03-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42289
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12164
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ελεύθερα υμένια	el
dc.subject	Ultra thin free-standing films	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Μοριακές προσομοιώσεις	el
dc.subject	Simulation	en
dc.title	Μοριακές προσομοιώσεις ελεύθερων υμενίων γραμμικού πολυαιθυλενίου σε ατομιστική αναπαράσταση	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Chemical engineering	en
heal.dateAvailable	2017-03-29T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-07-24
heal.abstract	Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετώνται ενεργειακά, δομικά και θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά ενός ελεύθερου υμενίου γραμμικού μονοδιάσπαρτου πολυαιθυλενίου μήκους αλυσίδων C100, C200 και C500 για διάφορα πάχη υμενίων με μεθόδους μοριακών προσομοιώσεων σε ατομιστική αναπαράσταση. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνται στο κανονικό στατιστικό σύνολο NVT για θερμοκρασίες 450 Κ, 480 Κ και 520 Κ. Αρχικά, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις απλού Monte Carlo, στις οποίες οι μη δεσμικές αλληλεπιδράσεις υπολογίζονται με ένα δυναμικό Lennard-Jones 6-12, για γρήγορη εξισορρόπηση της διαμόρφωσης των πολυμερικών αλυσίδων και ακολούθως τα αποτελέσματα τροφοδοτούνται σε έναν πιο αργό αλλά πιο ακριβή κώδικα υβριδικού Monte Carlo. Ο κώδικας υβριδικού Monte Carlo λαμβάνει υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μακράς εμβέλειας με χρήση των αθροισμάτων κατά Ewald. Κατά τη διάρκεια των προσομοιώσεων Monte Carlo διατηρείται σταθερό το μήκος των δεσμών μεταξύ των ενοποιημένων ατόμων, ενώ μεταβάλλονται οι γωνίες δεσμών και οι δίεδρες γωνίες. Οι απεικονίσεις του υβριδικού Monte Carlo τροφοδοτούνται με τη σειρά τους στο πακέτο LAMMPS Μοριακής Δυναμικής. Στις προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής γίνεται άρση της παραδοχής για σταθερό μήκος δεσμών και μπορεί πλέον να υπολογιστεί η επιφανειακή τάση των συστημάτων. Η επιφανειακή τάση υπολογίζεται σε συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα στα πλαίσια του υπολογιστικού σφάλματος για τις αλυσίδες C100 καθώς και συναρτήσει της θερμοκρασίας. Από τα προφίλ πυκνότητας εξάγονται τα πάχη της διεπιφάνειας των διάφορων συστημάτων. Ο υπολογισμός δομικών χαρακτηριστικών των υμενίων περιλαμβάνει και την εξέταση του προσανατολισμού των δεσμών καθώς και ολόκληρων των αλυσίδων. Οι δεσμοί εμφανίζουν μία τάση για προσανατολισμό παράλληλα με τις ελεύθερες επιφάνειες λόγω συνεκτικών αλληλεπιδράσεων με τις αλυσίδες που βρίσκονται στο μέσο του υμενίου ενώ στα πέρατα του υμενίου ο προσανατολισμός φαίνεται κάθετος λόγω της τάσης των άκρων των αλυσίδων να προεξέχουν στο κενό. Σε επίπεδο ολόκληρων αλυσίδων, εμφανίζεται προτίμηση για προσανατολισμό αυτών κατά τη μεγαλύτερη διάστασή τους παράλληλα με τις ελεύθερες επιφάνειες κοντά στα άκρα του υμενίου. Τέλος, οι αλυσίδες για τα περισσότερα συστήματα προσεγγίζουν την αδιατάρακτη κατάσταση.	el
heal.abstract	Atomistic Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations have been performed on linear monodisperse polyethlylene free films exposed to vacuum. All simulations have been carried out in the canonical statistical ensemble 𝑁𝑉 𝑇 . Polyethylene chains C100, C200 and C500 have been simulated at various temperatures, 450 K, 480 K, and 520 K, and thicknesses of the free films. MC simulations are carried out to achieve a fast equilibration of the polymer chains, using a Lennard-Jones 12-6 potential for non-bonded interactions. Moreover, a hybrid MC scheme is implemented to take into consideration long-range cohesive interactions using the Ewald summation method. Configurations from the simple MC simulations constitute the initial configurations of the hybrid MC simulations, which are responsible for calculating correctly the energetics of the systems. During all MC simulations bond lengths are kept constant at their average value 𝑙 = 1.54 Å, while bond angles fluctuate around an equilibrium value, according to a harmonic oscillator potential. Dihedral angles are subject to Toxvaerd’s torsional potential. LAMMPS is used to perform MD simulations on hybrid MC configurations. The MC and MD data have been analyzed to provide information on the energetics, structure and thermodynamics of the free films. By fitting density profiles to a hyperbolic tangent function the width of the films as well as the interfacial widths are calculated. Bond order parameter analysis suggests that bonds in the vicinity of the free surface tend to lie parallel to the free surface, due to favorable cohesive interactions with chains in the interior of the film. At the extreme edge of the film, bond orientation is perpendicular to the free surfaces due to the tendency of chain ends to stick out into the vacuum phase. An analysis of order parameters formed from the eigenvectors of the chain radius of gyration tensors shows a preference for the chains to lie flat at the surface with their largest dimension parallel to the free surfaces. Moreover, chains iii appear to approximate an unperturbed state in most cases. Surface tension is calculated in agreement with experimental data within the margin of the calculated error for C100 chains and as a function of temperature. Lack of equilibration for C200 and C500 films leads to unreliable results concerning surface tension as a function of molecular weight.	en
heal.advisorName	Θεοδώρου, Δώρος	el
heal.committeeMemberName	Μπουντουβής, Αντρέας	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γιώργος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	112 σ.
heal.fullTextAvailability	true