РНП.2.1.1.1712
advertisement
Проект № РНП.2.1.1.1712 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» Тема: Фундаментальные проблемы физики и химии ультрадисперсных систем и межфазных границ Руководитель академик РАН А.И. Русанов. Аннотационный отчет за 2-е полугодие 2008 г. При построении теории автомодельного диффузионного роста малого газового пузырька в газированном растворе показано, что влияние на концентрацию растворенного газа в сильно пересыщенном газом жидком растворе от растущего в нем пузырька газа простирается практически лишь на расстояния, малые по сравнению с радиусом пузырька. Обсуждена роль, которую может играть этот эффект в процессе распада сильно пересыщенного газом раствора на жидкую и газообразную фазы. Исследована нуклеационная активность заряженных немолекулярных (имеющих линейный размер больше нескольких нанометров) ядер конденсации, характеризуемая значением химического потенциала молекул пара на пороге безбарьерной нуклеации. Показано, что влияние размера, заряда и смачиваемости ядра конденсации на его нуклеационную активность описывается суммой вкладов от лапласова давления, максвелловских натяжений и расклинивающего давления в химический потенциал конденсата в капле. Описано уменьшение порогового значения химического потенциала пара для конденсации смачивающей жидкой пленки на заряженном ядре по сравнению со случаем незаряженного ядра. Сформулированы условия, при которых заряд ядра конденсации приводит к эффективному смачиванию ядра с гидрофобной поверхностью. При теоретическом и экспериментальном исследовании распространения света в холестерических жидких кристаллах и твист-ячейках нематиков показано, что в одноосных киральных жидких кристаллах с большим шагом спирали для необыкновенного луча при достаточно больших углах падения существуют запрещенные зоны. Исследован случай узких запрещенных зон и показано, что оптические эффекты, возникающие при проходе лучей вблизи точек поворота, эквивалентны туннельному эффекту и эффекту надбарьерного отражения. Рассчитаны угловые зависимости интенсивностей лучей, претерпевших внутреннюю рефракцию и прошедших через запрещенную зону. Экспериментально измерена зависимость интенсивности прошедшего необыкновенного луча от угла падения, определяющего ширину запрещенной зоны. Обнаружены как эффект надбарьерного отражения, так и эффект просачивания. При проведении компьютерного моделирования электронных и магнитных структур металлических наносистем во внешнем магнитном поле получена зависимость угла поворота моментов от расстояния до интерфейса в предположении, что в слое Fe на интерфейсе с жестким магнетиком магнитные моменты упорядочены параллельно намагниченности подложки. B рамках метода модельных гамильтонианов для коллективизированных электронов предложен микроскопический подход для расчета распределения магнитных моментов в окрестности поверхностей, интерфейсов и в других пространственно-неоднородных 3d-металлических систем. Для ферромагнитного железа и антиферромагнитного поверхностей и хрома проведены интерфейсов при расчеты их магнитных различной моментов ориентации вблизи относительно кристаллографических осей. Приведен расчет термодинамического линейного натяжения прямолинейной и криволинейной трещин в теле с дисперсионными силами при произвольном значении угла раствора трещины. Проанализирована зависимость линейного натяжения от глубины трещины при глубинном и конформном механизмах ее роста. Оценено влияние линейного натяжения на предел прочности твердого тела и дано обобщение известной формулы Гриффитса для предела прочности. Показано, что в случае прямолинейной трещины влияние линейного натяжения на предел прочности связано с изменением линейного натяжения в ходе роста трещины, что характерно для глубинного механизма. В случае же криволинейной трещины это влияние усиливается в два раза благодаря дополнительному изменению длины фронтальной линии трещины в ходе ее роста. Вклад линейного натяжения ничтожен для макроскопических трещин, но может составлять десятки процентов для нанотрещин, с которых и начинается разрушение тел. Методом осциллирующего барьера выполнены измерения динамической поверхностной упругости растворов комплексов β-казеина и низкомолекулярных ПАВ в зависимости от возраста поверхности и концентрации ПАВ. Малые добавки ионогенных ПАВ сильно влияли на кинетическую зависимость динамической поверхностной упругости. Форма кинетической зависимости определялась знаком заряда поверхностноактивного иона. Полученные результаты могут быть объяснены сильным электростатическим взаимодействием между заряженными аминокислотными остатками в белке и поверхностно-активными ионами, а также различным распределением положительных и отрицательных зарядов вдоль белковой цепи. Результаты измерения динамической упругости адсорбционной пленки комплексов хлорид поливинилпиридиния/додецилсульфат натрия (ПВПХ/ДСН) свидетельствуют о структурном переходе в пленке при приближении концентрации поверхностно-активного вещества (ПАВ) к концентрации мономеров ПВПХ и показывают, что скорость релаксационных процессов в адсорбционной пленке полиэлектролит/ПАВ определяется свойствами полимерной цепи. Проведено тензиометрическое исследование влияния добавок соляной кислоты на изотермы поверхностного натяжения водных растворов ДСН и определение интенсивности связывания противоионов Н+ до и после ККМ. Обнаружено, что увеличение концентрации кислоты в растворе приводит сначала к существенному снижению поверхностного натяжения растворов, а затем к одинаковому значению, близкому к ККМ индивидуального раствора ДСН. Показано, что при увеличении концентрации HCl декремент поверхностного натяжения имеет максимальное значение в области концентрации ДСН порядка 0,5 – 1,0 мМ. Обнаружено, что на зависимости поверхностное натяжение раствора 0,5 мМ ДСН от концентрации HCl проявляются два линейные участка с резким изменением наклона вблизи концентрации СHCl = 0,5 мМ, которая соответствует молярному соотношению СHCl / СДСН = 1. Причиной этого эффекта, по-видимому, является связывание катионов Н+ с поверхностно-активными анионами додецилсульфата. Результаты соответствующих расчётов показывают, что то в интервале концентраций С HCl от 0 до 0,15 мМ значение константы связывания К = 5220 значительно превышает К = 4,35 в интервале СHCl = 5 – 40 мМ. Исследовано поверхностное натяжение водных растворов алкилсульфатов натрия (октилсульфата, децилсульфата, додецилсульфата и тетрадецилсульфата) при Т = 16, 20, 25 и 30 0 С в широком диапазоне концентраций от 7,910-7 до 3,910-2 моль/л с использованием метода отрыва кольца. Обнаружено существование двумерных фазовых переходов, о чем свидетельствует форма полученных изотерм поверхностного натяжения, соответствующих критерию А.И. Русанова. Показано, что с увеличением длины углеводородного радикала фазовый переход сдвигается в область более разбавленных растворов. При увеличении температуры картина фазового перехода в значительной степени размывается из-за теплового движения молекул в растворе. Методом максимального давления в газовом пузырьке измерено динамическое поверхностное натяжение водных растворов алкилсульфатов натрия. Поверхностное натяжение растворов ПАВ уменьшается с ростом температуры и ростом концентрации ПАВ, что согласуется с полученными результатами. Анализ полученных изотерм показал, что в области малых концентраций и малых времен жизни поверхности растворов нарушается электронейтральность поверхности, что приводит к увеличению поверхностного натяжения со временем. Это явление подтверждается ранее открытым эффектом Джонса-Рея для неорганических электролитов и исследованиями поверхностной электризации. Установлено, что в области “интенсивной адсорбции” наблюдается диффузионный характер адсорбции. Причем, с ростом длины углеводородной цепи молекул ПАВ происходит ускорение процесса адсорбции, что связано с усилением действия гидрофобного эффекта. В адсорбционном слое децилсульфата натрия предположительно обнаружен двумерный фазовый переход от “жидко-растянутого” к “жидко-конденсированному” состоянию ПАВ. Исследовано влияния диэлектрической проницаемости на структурные характеристики двойного электрического слоя (ДЭС) сферического макроиона. При моделировании двойного электрического слоя сферического макроиона растворитель рассматривался как непрерывная среда с постоянной диэлектрической проницаемостью, равной 78.3. Для непрерывной модели принимали, что суммарный заряд макроиона сконцентрирован в центре; для дискретной предполагали случайное распределение единичных зарядов на его поверхности. Как следует из сопоставления полученных данных, практически весь заряд ДЭС сосредоточен вблизи поверхности макроиона на расстоянии не более σ/2, полностью нейтрализуя заряд макроиона, что приводит практически к вырождению двойного слоя. Такая картина противоречит экспериментальным данным о поведении разбавленных коллоидных растворов, а именно, об их стабильном существовании. Таким образом, в рамках примитивной модели, в которой растворитель рассматривали как непрерывную среду, замена постоянной диэлектрической проницаемости воды функцией от расстояния приводит к нереальным результатам.
