ИСТИНА

Способность блок-сополимеров образовывать упорядоченные структуры с периодом в диапазоне от десятков до сотен нанометров широко применяется при разработке наноматериалов для литографии, мембранной технологии, передачи световой энергии, записи данных и т.д. Внедрение наночастиц позволяет придавать таким материалам новые функциональные свойства. Используя микрофазное расслоение в блок-сополимерах для стабилизации пространственно неоднородного распределения наночастиц, можно создавать высокоупорядоченные материалы с контролируемыми свойствами. В отличие от наноструктур, получаемых методами литографии, такие системы являются самоорганизующимися и самовосстанавливающимися. Одной из неразрешенных проблем практического использования блок-сополимеров остается ориентация анизотропных фаз относительно подложки, поскольку известные методы пока технологически малоэффективны. Например, возможности достаточно простого метода ориентации внешним электрическим полем ограничены малой диэлектрической анизотропией соответствующих фаз аморфных сополимеров. Возможное решение состоит в использовании сильно анизотропных наночастиц, которые должны ориентационно упорядочиваться в ламеллярной и гексагональной фазах, или непосредственно жидкокристаллических (ЖК) сополимеров с наночастицами. В целом, многие композиты на основе полимеров и наночастиц анизотропны по своей природе, однако последовательного рассмотрения эффекта анизотропии в таких системах до сих пор не проводилось в отличие, например, от композитов, состоящих из низкомолекулярных жидких кристаллов (ЖК) с добавками наночастиц. В данном проекте предлагается впервые провести комплексное исследование этой проблемы, включающее в себя разработку молекулярной теории, компьютерное моделирование методами мезоскопической молекулярной динамики и экспериментальное изучение нанокомпозитов, синтезированных в рамках проекта. Планируется изучить условия существования и основные характеристики ламеллярной и гексагональной фаз, образованных аморфными и ЖК блок-сополимерами с добавками анизотропных наночастиц. Целью работы является поиск эффективных методов создания самоорганизующихся полимерных композитов с заданными свойствами и их ориентации внешним электрическим полем. В рамках проекта можно выделить следующие основные направления: а) исследование влияния анизотропии наночастиц и анизотропного взаимодействия между частицами и полимерными цепями на устойчивость гексагональной и ламеллярной фаз, а также описание соответствующих фазовых переходов, б) исследование пространственного распределения наночастиц и ориентационного порядка в системе наночастиц с помощью молекулярной теории и компьютерного моделирования, в) синтез и экспериментальное исследование основных характеристик микрофазно-расслоенных нанокомпозитов на основе диблок-сополимеров, обладающих селективностью блоков по отношению к наночастицам сферической и палочкообразной формы, г) теоретическое описание диэлектрических свойств и экспериментальное исследование взаимодействия с внешним электрическим полем аморфных и ЖК блок-сополимерных нанокомпозитов. В литературе можно найти единичные работы, посвященные синтезу и исследованию блок-сополимеров с анизотропными частицами, а соответствующая молекулярная теория и компьютерное моделирование практически не развиты. Все это определяет существенную научную новизну предлагаемых исследований и ее перспективность для решения различных задач полимерного материаловедения.

The ability to block copolymers to form spatially organized structures with a period in the range of tens to hundreds of nanometers are extensively used to produce nanomaterials for lithography, membrane technology, light transmission, data recording, etc. Introduction of nanoparticles into such materials enables one to achieve new functional properties. Using microphase separation in block copolymers for the stabilization of spatially inhomogeneous distribution of nanoparticles, you can create highly ordered materials with controlled properties. In contrast to nanostructures obtained by lithography techniques, such systems are self-organizing and self-healing. One of the unsolved problems in applications of block copolymers is the aligment of anisotropic phases relative to the substrate, because the existing methods are technologically ineffective. In particular, a simple method of alignment an external electric field is restricted by low dielectric anisotropy of the corresponding phases of amorphous copolymers. A possible solution is to use highly anisotropic nanoparticles, which should order orientationally in anisotropic lamellar and hexagonal phases, or liquid crystal (LC) copolymers doped with nanoparticles. In general, many polymer-based composites and nanoparticles are anisotropic, but a detailed investigation of the anisotropy effect in such systems has not yet been undertaken in contrast to composites composed of a low molecular weight liquid crystals doped with nanoparticles. We propose to undertake the first systematic study of this problem that includes the development of the molecular theory, computer simulations using mesoscopic molecular dynamics methods, and experimental study of nanocomposites synthesized in the project. We plan to study the stability and main characteristics of the lamellar and hexagonal phases formed and LC and amorphous block copolymers with anisotropic nanoparticles. The aim is to search for effective methods of creating self-organizing polymer composites with desired properties which can be aligned by the external electric field.