Математика | ||||
Идеи Сквелинга в физике полимеров- П.Де Жен Предисловие редактора перевода Французский физик профессор Пьер-Жиль де Жен широко известен как многочисленными оригинальными работами в различных областях физики, так и двумя предыдущими книгами [1, 2]. Опубликованные в русском переводе издательством "Мир", книги де Жена [ 1, 2 ] сразу стали пользоваться большой популярностью у советского читателя. Этому в значительной мере способствовали исключительная физическая прозрачность изложения материала и умение автора разъяснить тонкие результаты теории на простом языке оценок и качественных рассуждений. Кроме того, в книгах де Жена удачно сочетаются черты монографий и учебников, благодаря чему эти книги представляют большой интерес для широкого круга читателей. Указанными достоинствами в полной мере обладает и новая книга де Жена. Она посвящена физике полимеров - области науки, особенно бурно развивающейся в последние годы. Одна из важнейших причин (и один из важнейших результатов) этого развития - открытие и осознание глубокой аналогии между свойствами полимерных систем, с одной стороны, и систем, флуктуирующих вблизи точек фазовых переходов второго рода или критических точек, — с другой [3, 4]. В основе современной теории фазовых переходов лежит подход, базирующийся на так называемой гипотезе скейлинга, или масштабной инвариантности [5, 6]. Этот же подход удалось применить и к задачам физики полимеров. Отсюда название предлагаемой книги - "Идеи скейлинга в физике полимеров". "Скейлинговый" подход к теории полимерных систем оказался чрезвычайно плодотворным: можно согласиться с автором, когда он пишет в связи с этим подходом о новом этапе развития статистической физики макромолекул. Следует отметить, что значительная часть результатов принадлежит самому де Жену, его ученикам и сотрудникам. Разумеется, это сильно повышает ценность книги. | ||||
Оглавление Предисловие редактора перевода................... 5 Предисловие к русскому изданию.................. 8 Предисловие................................ 10 Литература................................. 14 Введение: Длинные гибкие цепи................... 16 Линейные полимеры.................... 16 Полидисперсность................... 17 Разветвленность.................... 17 Гибкость......................... 18 Статическая гибкость................ 19 Динамическая гибкость............... 21 Глобальные и локальные свойства.......... 23 Об обозначениях...................... 24 Литература.......................... 25 ЧАСТЬ А Статические конформации Глава 1. Одиночная цепь . . ..................... 28 1.1. Понятие об идеальной цепи............ 28 1.1.1. Простые случайные блуждания..... 28 1.1.2. Более общие модели идеальных цепей. 30 1.1.3. Внешние воздействия на идеальные цепи 32 1.1.4. Парные корреляции внутри идеальной цепи 36 1.2. "Реальная" цепь в хорошем растворителе . . 37 1.2.1. Основные эксперименты.......... 37 1.2.2. Численные данные по блужданиям без самопересечений............... 38 1.2.3. Корреляции внутри набухшего клубка . 42 1.2.4. Заключение................... 43 1.3. Вычисление показателя v методом Флори ... 43 1.3.1. Основные идеи метода........... 43 1.3.2. В пространстве размерностью d > 3 цепи идеальны................. 45 1.3.3. Почему хорош метод Флори?....... 46 1.4. Цепи с ограничениями................ 47 I.4.J.. Цепь под действием растяжения (рис. 1.4).................... 47 1.4.2. Сдавливание реальной цепи в трубке.. 50 1.4.3. Слабая адсорбция одной цепи...... 52 Литература................................. 53 Глава 2. Полимерные расплавы................... 55 2.1. Цепи в расплаве идеальные............ 55 2.1.1. Вывод методом самосогласованного поля....................... 55 2.1.2. Экранировка в плотных полимерных системах.................... 57 2.1.3. Одна длинная цепь среди более коротких цепей.................... 61 2.1.4. Перемешанные цепи или разделенные цепи? 62 2.1.5. Выводы..................... 63 2.2. Микроскопическое изучение корреляций в расплавах .......................... 63 2.2.1. Необходимость работы с мечеными цепями....................... 63 2.2.2. Корреляционная полость.......... 65 2.2.3. Более общий способ мечения....... 67 2.2.4. Корреляционная полость в двумерном пространстве................. 68 2.2.5. Смеси меченых и немеченых цепей . . 69 2.2.6. Выводы..................... 70 Литература................................. 71 Глава 3. Полимерные растворы в хороших растворителях . 72 3.1. Физическая картина самосогласованного поля (Флори - Хаггинс)................ 72 3.1.1. Энтропия и энергия в решеточной модели ....................... 72 3.1.2. Низкие концентрации............ 77 3.1.3. Осмотическое давление.......... 78 3.1.4. Критика теории самосогласованного поля....................... 8° 3.2. Скейлинговые законы для атермических растворителей ....................... 80 3.2..1. Порог перекрывания с* ........... 81 3.2.2. Режим разбавленного раствора..... 81 3.2.3. Полуразбавленные растворы....... 83 3.2.4. Корреляционный радиус.......... 85 3.2.5. Концепция блобов.............. 86 3.2.6. Корреляционные функции......... 87 3.2.7. Экранировка в полуразбавленных растворах ...................... 90 3.3. Полимерные растворы в ограниченных обье- мах............................ 94 3.3.1. Полуразбавленный раствор в контакте с непроницаемой стенкой......... 94 3.3.2. Полуразбавленный раствор в цилиндрической поре [14]............... 97 Литература................................. 103 Глава 4. Несовместимость и расслоение............ 105 4.1. Общие принципы и вопросы............ 105 4.1.1. Тенденция к расслоению.......... 105 4.1.2. Случаи частичной совместимости... . . 107 4.1.3. Специфические черты эффектов расслоения в полимерных системах..... 109 4.2. Системы двух полимеров.............. 111 4.2.1. Термодинамические принципы...... 111 4.2.2. Кривая сосуществования фаз (бино- даль) в симметричном случае...... 114 4.2.3. Метастабильные состояния и спинодаль 115 4.2.4. Критическая точка . . . . .......... 116 4.2.5. Критические флуктуации.......... 117 4.2.6. Отсутствие аномальных критических показателей.................. 122 4.3. Полимер в плохом растворителе......... 123 4.3.1. Области фазовой диаграммы....... 123 4.3.2. Одиночный клубок вблизи температуры Т = Э.................... 126 4.3.3. Полуразбавленные растворы при Т = 0 129 4.3.4. Полуразбавленные растворы: кроссовер между хорошим и плохим растворителем ..................... 130 4.3.5. Область вблизи кривой сосуществования фаз.................... 133 4.4. Раствор двух полимеров в низкомолекулярном растворителе .................. 136 4.4.1. Хороший растворитель и сильная тенденция к расслоению............ 136 4.4.2. Хороший растворитель и слабая тенденция к расслоению . „............ 138 4.4.3. Q-растворители [22]............. 139 Литература.................................. 139 Глава 5. Полимерные гели....................., 142 5Л. Приготовление гелей „............... 142 5.1.1. Химические способы приготовления гелей...................... 142 5.1.2. Специальные способы приготовления гелей................... . . . 144 5.1.3. Физические способы приготовления гелей ........................ 147 5.1.4. Сильное и слабое гелеобразование . . . 149 5.L5. Связь между способом приготовления и свойствами гелей............, 151 5.2. Переходы золь - гель................ 152 5.2.1. Классическая картина........... 152 5.2.2. Гелеобразование в отсутствие растворителя: модель перколяции........ 153 5.2.3. Большие кластеры вблизи порога геле-образования.................. 154 5.2.4. Свойства гелей в окрестности точки ге-леобразования выше порога....... 157 5.2.5. Краткий обзор классической теории . . 159 5.2.6. Классическая теория точна в шестимерном пространстве.............. 163 5.2.7. Особый случай вулканизации....... 164 5.2.8. Концентрационные эффекты: конкуренция между гелеобразованием и выпадением осадка.................. 1" 5.3. Гели в хорошем растворителе.......... *'; 5.3.1. с*-теорема................... *' 5.3.2. Парные корреляции в гелях........ 172 5.3.3. Упругость набухших гелей........ 175 5.3.4. Спинодальный распад........... 177 5.3.5. Выводы..................... 180 Литература................................. 180 ЧАСТЬ Б Динамика Глава 6. Динамика одиночной цепи................ 184 6.1. История вопроса................... 184 6.1.1. Модель Рауза................ . 184 6.1.2. Слабость эффектов внутреннего трения 187 6.1.3. Критика представления о модах..... 191 6.2. Динамический скейлинг в хороших растворителях ........................... 193 6.2.1. Приближение Кирквуда для подвижности цепи....................... 193 6.2.2. Неупругое светорассеяние........ 198 6.2.3. Фундаментальное время релаксации . . 200 6.2.4. Статистическая вязкость разбавленных растворов................... 204 6.2.5. Частотная зависимость вязкости .... 207 6.3. Задачи о специальных типах течений...... 208 6.3.1. Деформация в сильно растягивающих потоках..................... 208 6.3.2. Динамика цепи, заключенной в цилиндрическую пору................ 216 6.4. Проблема внутреннего трения.......... 222 6.4.1. Три формы трения.............. 222 6.4.2. Экспериментальные доказательства существования члена Серфа......... 223 6.4.3. Происхождение трения Серфа...... 225 6.4.4. Выводы..................... 228 Литература................................. 228 7. Системы многих цепей: коллективные моды.... 231 7.1. Полуразбавленные растворы........... 231 7.1.1. Продольные моды.............. 231 7.1.2. Два коэффициента диффузии....... 233 7.1.3. Коэффициент седиментации........ 234 7.1.4. Кооперативная диффузия......... 236 7.1.5. Выводы..................... 238 7.2. Динамика вблизи критической точки...... 238 7.3. Динамика гелей.................... 241 7.3.1. Продольные моды в набухших гелях . . 241 7.3.2. Медленные движения вблизи границы спинодали.................... 242 7.3.3. Динамика перехода золь - гель..... 244 Литература................................. 246 Глава 8. Эффекты зацеплений................... 247 8.1. Динамика расплавов и концентрированных растворов........................ 247 8.1.1. Упругое и вязкое поведение ....... 247 8.1.2. Упругий модуль квазисетки........ 250 8.1.3. Вязкость и максимальное время релаксации ...................... 251 8.2. Рептации одиночной цепи............. 252 8.2.1. Клубки, запутанные в сетке....... 252 8.2.2. Максимальное время релаксации .... 254 8.2.3. Поступательная диффузия......... 256 8.2.4. Рептации в набухших системах..... 257 8.2.5. Рептация разветвленной цепи...... 260 8.3. Предположения о полимерных расплавах . . . 265 8.3.1. Одна длинная цепь в расплаве более коротких цепей.................. 265 8.3.2. Ньютоновская вязкость в монодисперсном расплаве................. 268 8.3.3. Поведение в сильных потоках, соответствующих поперечному сдвигу...... 268 8.3.4. Критическая динамика бинарных полимерных смесей................ 270 8.3.5. Выводы..................... 272 Литература................................. 273 ЧАСТЬ В Методы расчета Глава 9. Самосогласованные поля и приближение случайных фаз............................ 275 9.1. Общая программа.............. . ... 275 9.2. Самосогласованные поля............. 276 9.2.1. Идеальная цепь во внешнем потенциале 276 9.2.2. Ситуации доминирования основного состояния ..................... 280 9.2.3. Самосогласованность при доминировании основного состояния.......... 285 9.3. Приближение случайных фаз для упакованных цепей........................... 290 9.3.1. Определение функций отклика...... 291 9.3.2. Функции отклика для невзаимодействующих цепей................... 292 9.3.3. Самосогласованное вычисление откликов....................... . 294 Литература................................. 297 Глава 10. Взаимосвязь статистики полимеров и теории критических явлений...................... 298 10.1. Основные свойства критических точек. . . . 298 10.1.1. Большие скоррелированные области 298 10.1.2. Критические показатели для ферромагнетика.................. 300 10.1.3. Соотношения между критическими показателями................ 301 10.1.4. Корреляционные функции........ 303 10.1.5. n-векторная модель........... 304 10.2. Задача об одиночной цепи ............ 306 10.2.1. Предел п = 0 ................ 306 10.2.2. Разложение статистической суммы магнетика по самонепересекающимся петлям.................... 309 10.2.3. Корреляции спинов и задача одной цепи...................... 311 10.2.4. Свойства самонепересекающихся траекторий (СНТ)............. 312 Цена: 150руб. |
||||