Μελέτη συμπολυμερών συστημάτων μέσω υπολογισμών αυτo-συνεπούς πεδίου

Χρυσαφογεώργος, Δημήτριος; Chrysafogeorgos, Dimitrios

dc.contributor.author	Χρυσαφογεώργος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Chrysafogeorgos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2025-03-11T09:27:45Z
dc.date.available	2025-03-11T09:27:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61324
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29020
dc.rights	Default License
dc.subject	Χημικά προσδεμένα πολυμερή	el
dc.subject	Αυτο-Συνεπές Πεδίο	el
dc.subject	Συνθήκη ασυμπιεστότητας	el
dc.subject	Κώδικας RuSseL	el
dc.subject	Θεωρία Flory-Huggins	el
dc.subject	Grafted polymers	en
dc.subject	Self-Consistent Field	en
dc.subject	Incompressibility condition	en
dc.subject	RuSseL code	en
dc.subject	Flory-Huggins Theory	en
dc.title	Μελέτη συμπολυμερών συστημάτων μέσω υπολογισμών αυτo-συνεπούς πεδίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη και Τεχνική των Υλικών	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-09-30
heal.abstract	Ο ανοιχτός κώδικας RuSseL, που έχει αναπτυχθεί στην Ομάδα Υπολογιστικής Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών του ΕΜΠ, μπορεί να περιγράψει ελεύθερα υμένια, διεπιφάνειες πολυμερών-στερεών, καθώς επίσης σφαιρικά νανοσωματίδια και επίπεδες επιφάνειες με χημικά προσδεμένες πολυμερικές αλυσίδες εκτεθειμένες στο κενό είτε σε τήγμα πολυμερών όμοιας χημικής σύστασης. Ο κώδικας έχει γραφτεί σε Fortran 95, μπορεί να μεταγλωττιστεί και να εκτελεστεί στα Windows και Linux. Οι υπολογισμοί γίνονται βάσει της θεωρίας Αυτοσυνεπούς Πεδίου και οδηγούν στη σύγκλιση ενός συστήματος εξισώσεων επιτρέποντας την πρόβλεψη σημαντικών θερμοδυναμικών ιδιοτήτων από τα μοριακά χαρακτηριστικά του συστήματος. Για γεωμετρίες με κυλινδρική και σφαιρική συμμετρία η αριθμητική επίλυση των εξισώσεων γίνεται μέσω πεπερασμένων διαφορών σε μια διάσταση. Για πολυπλοκότερες γεωμετρίες η επίλυση μπορεί να γίνει σε τρεις διαστάσεις μέσω της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Στην παρούσα εργασία έγινε τροποποίηση και επέκταση του κώδικα RuSseL ώστε να υποστηρίζει πολυμερικά συστήματα που περιλαμβάνουν πολυμερή διαφορετικής φυσικής δυσκαμψίας και χημικής σύστασης μέσω της εισαγωγής της θεωρίας ανάμειξης των Flory-Huggins. Επιπροσθέτως, ο κώδικας επεκτάθηκε ώστε να μπορεί να περιγράφει ασυμπίεστα υγρά σε συνδυασμό με την υλοποίηση του αλγόριθμου σύγκλισης του Andersen. Οι προαναφερθείσες επεκτάσεις του κώδικα επιτρέπουν την πρόβλεψη των δομικών χαρακτηριστικών διεπιφανειών μεταξύ πολυμερών διαφορετικής χημικής σύστασης, καθώς επίσης και της ελεύθερης ενέργειας με ελάχιστο υπολογιστικό κόστος. Ο υπολογισμός της ελεύθερης ενέργειας για νανοσωματίδια μέσα σε διαφορετικά τήγματα, επιτρέπει τον προσδιορισμό της ελεύθερης ενέργειας διαλύτωσης, μέσω της οποίας προβλέπεται η κατανομή των νανοσωματιδίων μέσα σε διφασικά μείγματα, μια διεργασία με σημαντικές εφαρμογές στην σύνθεση νανοσύνθετων υλικών, στη βιολογία και στην πρόβλεψη της συγκέντρωσης περιβαλλοντικών ρύπων.	el
heal.abstract	The open source code RuSseL, developed in the Computational Materials Science and Engineering group of the National Technical University of Athens, can describe free membranes, polymer-solid interfaces, as well as spherical nanoparticles and planar surfaces with grafted polymer chains exposed to vacuum or to chemically identical polymer melts. The code is written in Fortran 95 and runs/compiles both on Windows and Linux systems. The mathematical formulation is based on Self-Consistent Field (SCF) theory, allowing to determine important structural and thermodynamic properties. For spherical or cylindrical geometries, the numerical solution of the SCF equations is achieved via the Finite Difference (FD) method in one dimension. For more complex geometries the solution is realized in three dimensions via the Finite Elements Method (FEM). In the present diploma thesis, the RuSseL code has been modified and extended in order to describe polymer blends and surfaces with chemically grafted polymers exposed to polymer melts of different stiffness and chemical constitution by incorporating the Flory-Huggins theory of mixing. Additionally, the code has been expanded to handle incompressible liquids based on the Andersen mixing Algorithm. The aforementioned extensions of the code allow the prediction of free energy at interfaces between polymers of different chemical composition, an consequently the determination of structural characteristics and thermodynamic properties of such interfacial systems with minimal computational cost. The calculation of the free energy of nanoparticles in different melts enables the estimation of the free energy of solvation, and subsequently the prediction of partitioning of nanoparticles in biphasic mixtures. These properties are important in applications such as the synthesis of nanocomposite materials, biomolecular separations, and estimation of the concentration of environmental pollutants in living tissues.	en
heal.advisorName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	95 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false