Δομή λεπτών πολυμερικών υμενίων παρασκευασμένων μέσω επικάλυψης με περιδίνηση

Ντιμπ, Χρυσάνθη; Ntib, Chrysanthi

dc.contributor.author	Ντιμπ, Χρυσάνθη	el
dc.contributor.author	Ntib, Chrysanthi	en
dc.date.accessioned	2025-05-21T10:32:44Z
dc.date.available	2025-05-21T10:32:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61921
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29617
dc.rights	Default License
dc.subject	Μοριακές προσομοιώσεις	el
dc.subject	Πολυστυρένιο	el
dc.subject	Άμορφα πολυμερή	el
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.subject	Αδροποιημένες προσομοιώσεις	el
dc.subject	Polystyrene	en
dc.subject	Polymers	en
dc.subject	Monte Carlo	en
dc.subject	Amorphous polymers	en
dc.subject	Coarse-grained simulations	en
dc.title	Δομή λεπτών πολυμερικών υμενίων παρασκευασμένων μέσω επικάλυψης με περιδίνηση	el
dc.title	Structure of thin polymer films prepared by spin coating	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη Πολυμερών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-01
heal.abstract	Η χρήση της μεθόδου της επικάλυψης με περιδίνηση για την παραγωγή λεπτών υμενίων πολυμερών εκτείνεται από τις σύγχρονες βιομηχανικές εφαρμογές έως την εργαστηριακή σύνθεση μεμβρανών που προορίζονται για την εξερεύνηση νέων υλικών και τις πιθανές χρήσεις τους. Η κατανόηση της σχέσης μεταξύ των ιδιοτήτων και των παραμέτρων που εμπλέκονται στη διαδικασία παραγωγής των υμενίων με τη συγκεκριμένη μέθοδο αποτελεί μια θεμελιώδη πρόκληση στην επιστήμη των υλικών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται ενεργειακά και δομικά χαρακτηριστικά αδροποιημένων συστημάτων ατακτικού πολυστυρενίου σε διαφορετικές συνθήκες με στόχο την προσομοίωση υπέρλεπτων υμενίων σαν και αυτά που λαμβάνονται μέσω της διεργασίας επικάλυψης με περιδίνηση. Αρχικά δημιουργούνται αρχικές απεικονίσεις του πολυμερούς στο κουτί προσομοίωσης και τροφοδοτούνται σε κώδικα Monte Carlo, ο οποίος τις οδηγεί στη θερμοδυναμική ισορροπία, πραγματοποιώντας κινήσεις που μεταβάλλουν τη συνδετικότητα των αλυσίδων. Στις προσομοιώσεις χρησιμοποιείται αδροποιημένο δυναμικό για το πολυστυρενίου που έχει αξιοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες. Τα εξισορροπημένα συστήματα εισάγονται σε κώδικα που χρησιμοποιεί τη μέθοδο της αντίστροφης απεικόνισης για την αποκατάσταση της ατομιστικής τους λεπτομέρειας. Οι υπάρχοντες κώδικες τροποποιούνται με τέτοιο τρόπο, ώστε να μετατραπεί η γεωμετρία του κουτιού προσομοίωσης από αυστηρά κυβική σε ορθογώνια παραλληλεπίπεδη και, παράλληλα, ορίζονται και λαμβάνονται υπόψιν οι συνθήκες περιοδικότητας ανά άξονα. Με τις αλλαγές αυτές, καθίσταται δυνατή η μελέτη συστημάτων που είναι πολύ λεπτά και πεπερασμένα στη μια διεύθυνση, ενώ ταυτόχρονα είναι περιοδικά και εκτείνονται αρκετά στις άλλες διευθύνσεις. Επιπλέον, ένα τμήμα του κώδικα Monte Carlo μεταβάλλεται ώστε να συμπιέζει το κουτί προσομοίωσης μετά από κάθε κίνηση, λαμβάνοντας υπόψιν τις συντεταγμένες του ατόμου που βρίκεται στην υψηλότερη θέση του συστήματος, μέχρι το σύστημα να φτάσει ένα επιθυμητό πάχος. Έτσι, διερευνώνται τρεις διαφορετικές κατηγορίες συστημάτων, οι οποίες διαφέρουν στις συνθήκες περιοδικότητας, στο μοριακό βάρος των πολυμερικών αλυσίδων και στην διαχείριση των ορίων του συστήματος. Για τις δύο κατηγορίες συστημάτων σταθερών διαστάσεων, πραγματοποιείται η μελέτη των ενεργειακών και των δομικών χαρακτηριστικών των αλυσίδων. Τα συστήματα μικρών αλυσίδων φαίνεται να προσεγγίζουν περισσότερο την αδιατάρακτη κατάσταση. Έτσι, δημιουργείται η τρίτη κατηγορία συστημάτων, τα οποία περιλαμβάνουν αλυσίδες μικρού μοριακού βάρους και επιδιώκεται η συμπίεση τους μέχρι το επιθυμητό πάχος. Για τα συστήματα μικρών αλυσίδων σταθερών και μεταβλητών διαστάσεων, υπολογίζονται τα προφίλ πυκνότητας των αδροποιημένων ατόμων και των κέντρων μάζας των αλυσίδων και τα προφίλ των προβολών της γυροσκοπικής ακτίνας. Από αυτά εξετάζεται ο τρόπος με τον οποίο οι διαστάσεις και η συμπίεση μη περιοδικών συστημάτων επηρεάζει την κατανομή των αλυσίδων στο σύστημα, καθώς και το σχήμα τους.	el
heal.abstract	The application of the spin coating technique in manufacturing polymer thin films spans from contemporary industrial uses to the synthetic creation of films designed to investigate new materials and their possible applications. The correlations between the properties of the product and the parameters of the production process are a key concern in the field of Materials Science. In this thesis, the structural characteristics and energy of coarse-grained atactic polystyrene systems are studied under different conditions with the ultimate objective of simulating ultrathin polymer films, such as those obtained via spin coating. The computational study is initiated by creating initial configurations of the polymer atoms in the simulation box. These configurations serve as an input to a Monte Carlo code, which conducts moves that alter the connectivity of the polymeric chains in order to drive them to thermodynamic equilibrium. In the simulations, a coarse-grained potential for polystyrene that has been utilized in previous studies is employed. The equilibrated configurations are then used by a code that implements a reverse mapping method to restore their atomistic detail. All source codes are modified in order to account for an arbitrary geometry of the simulation box (from cubic to rectangular parallelepiped) and the proper boundary conditions per axis are defined and taken into account. These changes facilitate the simulation of systems that are very thin and confined in one direction, while being periodic and quite extended in the lateral directions. In addition, a part of the Monte Carlo code is modified to compress the simulation box after each move, while taking into consideration the coordinates of the highest atom in the system, until a desired thickness is reached. Thus, three different categories of systems are investigated, which differ in boundary conditions, the length of the polymer chains, and the evolution of the system’s boundaries. For the two categories of systems that have constant dimensions, the energy and structural characteristics of the chains are studied. Short chain systems seem to approach the unperturbed state to a greater degree. Thus, the third category of systems is created, which includes chains of low molecular weight, and compression to the desired thickness is attempted. For the small chain systems of constant and variable dimensions, the density profiles for the coarse-grained sites and the centers of mass of the chains, along with the profiles of the projections of the radius of gyration, are calculated. These examine how the geometry and the compression of the non-periodic systems affect the distribution of chains in the system, as well as their shape.	en
heal.advisorName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	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	92 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false