Лекция 1 Молекулярная динамика в жидких, стеклообразных и структурированных средах Воробьев А.Х. 2012

Soft matter Жидкости Коллоиды Полимеры Пены 1. Энергия переходов ~ kT Гели Жидкие кристаллы Мембраны Биоматериалы 2. Структурные элементы мезо-размеров

Стеклообразное состояние КристаллЖидкость TgTcr глицерин вода терфенил этанол95156 кумол диэтиловый эфир Se As 2 Se M LiCl, H 2 O mol % K mol % Si

Полимеры E~ = ' -i '' ; tan = ''/ ' Частота 1Гц пик в ПЭ 102 С (1 кГц), 293 С (1ГГц)

Диэлектрические потери в ПММА Диапазон частот – 10 6 Гц; до 100 ГГц

Биомембраны J.Dvorak et al. J. Electron Microscopy, 51,1(2002) R.Lipowsky et al. Phys.Rev.Let 82, 221(1999)

Жидкие кристаллы Нематический ЖК Смектические ЖКХолестерический ЖК

Фазовые переходы в ЖК Кристалл (Смектик С) (Смектик А) Нематик Изотропная жидкость

Ориентированность молекул Жидкие кристаллы: МББА Холестерил бензоат Пластичные кристаллы: CCl 4, CBr 4, циклогексан, NH 4 Cl, NH 4 NO 3 5CB Параметры порядка:

Химические задачи 1. Синтез веществ. 2. Синтез самих материалов (создание неравновесных структур). Примеры: волокна, пористые стекла, полимер-армированные ЖК 3. Химические превращения материалов: - старение, окисление, деструкция; - обратимая модификация свойств (термо-, хемо-, фото- и т.д. чувствительность) 4. Управление реакцией с помощью организованной среды. Супрамолекулярная химия.

Клеточный эффект v Газ, = с Жидкость, = с 1.Уменьшение вероятности диссоциации. Cl 2 2Cl 2.Увеличение вероятности диспропорционирования и перегруппировки. Cl 2 +RH HCl + RCl 3. Реакции, запрещенные по спину. Спиновые и магнитные эффекты. ( R + R 1 ) RR 1 4. Возможность специфической сольватации; модель Маркуса; кислотный катализ и т.д.

Ограничение молекулярного вращения trans-cis = 0.3 cis-trans = 0.7 Фотоизомеризация азоэтана, 77К:

Память среды Фотоизомеризация, полистирол, 295К

Характерные времена элементарный акт химической реакции с период колебания химической связи с период колебания молекулы в среде с диффузионный скачок в жидкости с диффузионно-контролируемая реакция в жидкости 10 9 М -1 с -1 время вращательной корреляции молекулы в ЖК с время переориентации жидкого кристалла с время механической релаксации полимера ?? Времяразрешенные методы фемтосекундная спектроскопия с импульсный фотолиз, радиолиз, ИК спектроскопия с Рамановская (комбинационное рассеяние), люминесценция наносекундный фотолиз, радиолиз с фотонное эхо, импульсный ЯМР, импульсный ЭПР Стационарные методы: спектр потерь, ЯМР, ЭПР, уширение линий.

Пикосекундный спектрофлуориметр. В МГУ

Времяразрешенная флуоресценция Флуоресцентная микроскопия клеток. Различные времена жизни Типичные данные времяразрешенной спектроскопии.

Заключение 1. Структуры мезоскопических размеров. 2. Частично-упорядоченные среды. 3. Спектр релаксационных процессов. 4. Акт реакции с участием упорядоченной среды. 5. Регистрация, с разрешением во времени и в пространстве.