ИСТИНА

Большой интерес к изучению полимерных растворов объясняется потребностью разработки новых технологий по созданию наноструктурированных материалов и покрытий на их основе методами самосборки. Для реализации этого процесса важно понять, как посредством изменения химической структуры используемых молекул и состава раствора можно управлять формированием наноструктурированных морфологий. Выполнение экспериментальных исследований, связанных с подобными разработками требует кропотливой работы по синтезу новых соединений и последующих проверок получаемых образцов материалов. В этом случае использование виртуальной разработки с помощью методов компьютерного моделирования, позволяет сначала предсказать свойства широкого набора модельных систем, а потом отобрать из них наиболее подходящие и синтезировать необходимые полимеры. Учитывая, что для выявления оптимальных условий самосборки для получения целевых наноструктур необходимо одновременно выполнять перебор вариантов химической структуры входящих в систему молекул и моделировать достаточно большие объемы вещества, для решения таких задач требуются большие вычислительные затраты. Использование крупнозернистых моделей и многомасштабных схем позволяет значительно сократить время моделирования. При этом суперкомпьютерные платформы позволяют реализовать моделирование образцов молекулярных систем в широком диапазоне варьирования параметров модели. В докладе обсуждаются вопросы разработки вычислительной схемы на основе крупнозернистой модели для метода диссипативной динамики частиц [1] с целью расчета структуры и анализа стабильности полимерных растворов и коллоидных дисперсий, а также поиска оптимальных условий формирования пленки из водных растворов полимерных коллоидных частиц, стабилизированных ПАВ. Управление поведением коллоидного раствора регулируется химическими группами или молекулами на поверхности, которые имеют свойства, отличные от тех, которые расположены в объемной фазе или в растворе. Стабильность коллоидной дисперсии зависит от степени сродства к растворителю, в котором находятся коллоидные частицы. В качестве иллюстрации возможностей вычислительной схемы мы демонстрируем наши результаты влияния различных параметров модели на характеристики параметры формирующихся пленок. На рисунке 1 для примера показана пленка (вид с двух сторон), полученная путем испарения растворителя из раствора акрилового сополимера (на основе метилметакрилата, метакриловой кислоты и бутилакрилата) и поверхностно-активного вещества, причем видно сохранение стабильности дисперсии полимерных мицелл. Для реализации модели мы использовали нашу программу для компьютерного моделирования методом диссипативной динамики частиц. Использование распараллеленных вычислений, выполненных на базе Суперкомпьютерного центра МГУ, позволило реализовать моделирование достаточно больших ячеек вещества в течении продолжительных интервалов времени в широком диапазоне выбранных параметров.