Гурова Д. Є. Особливості структури твердих молекулярних сполук. Азот 14N2 і 15N2 та полімери

У дисертаційній роботі представлені результати структурних досліджень окремих молекулярних сполук у кристалічному та аморфному станах. З аналізу інтенсивностей рентгенівських дифрактограм твердих 14N2 та 15N2 (твердих азотів) в орієнтаційно упорядкованій фазі отримано температурні залежності середньоквадратичних відхилень молекул азоту з вузла кристалічної ґратки та параметра орієнтаційного порядку. Використовуючи метод побудови функції радіального розподілу та квантовомеханічні розрахунки, досліджуються зміни структури полімерної плівки полі-4,4’-діфініленоксід-піромеллітімід під впливом зовнішніх факторів (одновісного розтягу та всебічного стискання). Методами рентгенівської дифракціії та оптичної мікроскопії розглядаються структурні характеристики композитів на основі епоксидної смоли з домішками вуглецевих наноструктур (кополімери, одно- та багатостінні вуглецеві нанотрубки, оксид графену). У вступі наведено обґрунтування актуальності теми дисертаційної роботи як у фундаментальному, так і у прикладному аспектах. Визначено мету, завдання, об’єкти та методи дослідження. Сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Наведено відомості про публікації, особистий внесок здобувачки та апробацію результатів дисертації. Також описано структуру та обсяг представленої дисертаційної роботи. У першому розділі представлено огляд літератури. Розглянуті властивості молекулярних сполук з Ван дер Ваальсовим зв’язком між молекулами, до яких відносяться кріокристали та деякі полімери. Для молекулярних кристалів характерний перехід з орієнтаційно розупорядкованого, в орієнтаційно упорядкований стан (порядок-безлад). У низькотемпературній фазі молекули орієнтуються вздовж відповідних кристалографічних напрямків, та здійснюють трансляційні та лібраційні коливання. Розглянуто дослідження твердого азоту 14N2 в орієнтаційно упорядкованій фазі, а також теоретичні та експериментальні роботи з визначення параметра орієнтаційного порядку. Представлено проведені раніше структурні та механічні дослідження поліімідних плівок під дією зовнішніх сил. Наведено роботи з вивчення композитів з додаванням вуглецевих нанострутур. На даний момент велика увага приділена аналізу механічних властивостей даних композитів, причому існує невелика кількість робіт по дослідженню структури цих речовин. У другому розділі детально описано методику проведення рентгеноструктурних досліджень кристалічних та аморфних сполук, оптичних досліджень епоксидної смоли з домішками вуглецевих наноструктур. Також описано методику проведення низькотемпературного експерименту (отримання in situ зразків в рентгенівському кріостаті), вимірювання та стабілізації температури. Третій розділ присвячено структурним дослідженням та аналізу температурної залежності інтенсивностей рентгенівського розсіювання на кристалічних 14N2 та 15N2 в орієнтаційно упорядкованій фазі. Наведено підхід для опису трансляційних та лібраційних коливань молекул азоту з експериментальних рентгенівських даних. З даних рентгеноструктурного аналізу вперше була отримана температурна залежність середньоквадратичної амплітуди відхилення молекул 14N2 та 15N2 з вузла кристалічної ґратки в орієнтаційно упорядкованій фазі. Вперше побудована температурна залежність параметра орієнтаційного порядку в низькотемпературній фазі 15N2. Визначено, що температура, при якій молекули 15N2 починають активний переорієнтаційний рух, становить близько 45 К. У четвертому розділі розглянуто дослідження змін у структурі полімерних плівок полі-4,4’-діфініленоксід-піромеллітімід під впливом одновісного розтягу та витримці за гелієвих температур. Методом побудови функцій радіального розподілу та за допомогою квантовомеханічних розрахунків (метод DFT) показано, що при одновісному розтягуванні плівки змінюється сама конфігурація молекул за рахунок змін кутів між двома ароматичними кільцями. Натомість, всебічне стискання не призводить до помітних змін в геометрії молекул, а відбувається взаємне упорядкування полімерних ланцюгів. П'ятий розділ присвячено дослідженню композитів на основі епоксидних смол з домішками кополімеру, одно- та багатостінних вуглецевих нанотрубок та оксиду графену. З отриманих даних рентгенівських досліджень встановлено, що введення домішок вуглецевих наноструктур (~ 1 % ваг.) не призводить до утворення кристалічної фази. Введення домішок одно- та багатостінних вуглецевих нанотрубок спричиняють зменшенню міжмолекулярної взаємодії між молекулами в матриці композиту, причому дифракції від «фази» вуглецевих нанотрубок не спостерігається. Додавання оксиду графену до епоксидної матриці призводить до утворення багатофазної речовини, значення області ближнього порядку для домішок оксиду графену складає близько 20 Å. Оптичні дослідження композиту з домішками оксиду графену вказують на нерівномірний розподіл кластерів графену у зразку, що може бути пов’язане як з особливостями приготування зразка, так і з проведенням механічних випробувань.