Физическая химия мягкой материи

Самосборка мягких наноструктур, надмолекулярный порядок во флюидных фазах и микрокластеризация, ионные жидкости, мицеллярные растворы, микроэмульсии, блоксополимеры, физические гели на основе ассоциирующих полимеров, полиэлектролиты, наноразмерные дисперсии минеральных и углеродных фотоактивных агентов в водно-полимерных матрицах, структура и макроскопические свойства; эксперимент, теория, компьютерное моделирование.

Наиболее значимые публикации
В данной работе мы расширяем многослойную квазихимическую модель неоднородной жидкой смеси, содержащей линейные цепочечные молекулы и ассоциированные частицы, на смеси, которые также могут содержать разветвленные цепочечные молекулы. Расширенная модель тестируется путем прогнозирования межфазного натяжения на плоских границах раздела между равновесными водной и углеводородной фазами для ряда смесей воды и нормальных алканов с 6–12 атомами углерода или изомерных алканов с 6–8 атомами углерода. Параметры взаимодействия для функциональных групп взяты из предыдущей работы по моделированию равновесий пар–жидкость в смесях вода + н-алканы. Модель правильно предсказывает экспериментальные тенденции (межфазное натяжение увеличивается с увеличением числа атомов углерода в н-алкане, разветвление углеводородной цепи приводит к снижению межфазного натяжения) и позволяет интерпретировать эти тенденции с учетом особенностей локальной структуры границы между фазами. Влияние разветвленности хвоста поверхностно-активного вещества на поверхностные свойства продемонстрировано на примере модельной смеси вода + поверхностно-активное вещество (7-мер) + масло (3-мер).
Sorina P., Victorov A. Prediction of the effect of branching of molecular chain on the structure of interface and interfacial tension in systems containing water, alkane and nonionic surfactant // Soft Matter. 2025. Vol. 21. P. 7768-7775. https://doi.org/10.1039/D5SM00463B

Поли-диаллилдиметиламмония хлорид (ПДАДМАХ) в воде и водных растворах NaCl был изучен методом полно-атомной молекулярной динамики (МД). Структурные характеристики (конформации цепей, распределение противоионов), коэффициенты диффузии и электрофоретическая подвижность были оценены по результатам моделирования и сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными. Предпочтительная конформация поликатиона выглядит как последовательность вытянутых фрагментов, разделенных перегибами. Добавление соли в водный раствор делает цепи более гибкими, но лишь немного более компактными, несмотря на значительную конденсацию противоионов. Хотя МД с силовым полем OPLS-AA и моделью SPC/E для воды несколько переоценивает подвижность поликатиона, моделирование достаточно хорошо воспроизводит экспериментально наблюдаемую зависимость транспортных характеристик от состава, опосредованную взаимодействием поликатион-противоион.
Gotlib I., Korchak P., Safonova E., Volkova A., Victorov A. Poly(diallyldimethylammonium chloride) in water and aqueous salt solution: Explicit solvent molecular dynamics and experiment // Journal of Molecular Liquids. 2025. Vol. 422. № 126946. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2025.126946

Для разработки новых систем жидкостной экстракции необходимы систематические экспериментальные данные и методы прогнозирования равновесий жидкость–жидкость. В данной работе представлены экспериментальные данные для семейства водных двухфазных систем, содержащих бромид/хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия, бромид/хлорид 1-гексил-3-метилимидазолия и бромид/хлорид 1-метил-3-октилимидазолия в присутствии неорганической соли (фосфаты), а также оценены возможности уравнения состояния ePC-SAFT в его классической форме. Получены экспериментальные бинодали для восьми ВБС в широком диапазоне концентраций. Хотя модель ePC-SAFT хорошо описывает свойства бинарных систем, отклонения между экспериментальными и прогнозируемыми для тройных систем значительны, и прогнозы не являются количественными. Для повышения эффективности требуется улучшение электростатического члена модели. Систематически изучены распределение L-триптофана, взятого в качестве модельного растворенного вещества, рассмотрено влияние длины алкильной цепи имидазолиевого катиона и специфическое влияние аниона ионных жидкостей (ИЖ) (хлорида и бромида). Показано, что длина алкильной цепи практически не влияет на коэффициенты распределения L-триптофана в системах с ортофосфатом калия. Существенное специфическое влияние аниона ИЖ наблюдается только при максимально выраженном высаливающем эффекте неорганической соли, т.е. в случае ортофосфата калия. Следует особо отметить более высокие значения коэффициентов распределения для исследованных в данной работе систем по сравнению с имеющимися литературными данными. Это свидетельствует о высоком потенциале изученных систем к извлечению биокомпонентов.
Korchak P., Safonova E., Victorov A. Partitioning of L-Tryptophan in Aqueous Biphasic Systems Containing an Alkylimidazolium Ionic Liquid and a Phosphate Salt // Industrial and Engineering Chemistry research. 2021. Vol. 60. № 44. P. 16078–16088. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02178

Нелинейно-оптические свойства материалов (NLO) могут быть улучшены путем их сборки в виде тонких полимерных композитных пленок, чередующихся с другими полимерами и образующих диэлектрические зеркала, одномерные фотонные кристаллы (1DPCs), в которых увеличивается интенсивность подаваемого света. На основе пары противоположных полимеров - поли (винилкарбазола) (ПВК) и поли (винилового спирта) (ПВС) - были созданы варианты таких структур с графеном и фуллереном в слоях с высоким показателем преломления. Их оптические характеристики переключения были изучены с использованием ns-, cw- и квазипрерывных fs-лазерных источников и с использованием fs-лазера в видимом диапазоне. Мы продемонстрировали низкую оптическую бистабильность полимерных 1DPCS, обусловленную тепловым расширением полимерных композитов при интенсивности более 100 Вт/см2, а также быстрое и сверхбыстрое переключение оптических параметров из-за термооптической и керровской нелинейностей, соответственно. Установлено, что характерные нелинейные коэффициенты преломления, ответственные за эти процессы, составляют nto2 ≈ 10-1 см2/ГВт и nKerr2 ≈ 10-4 см2/ГВТ. Обнаружен субпикосекундный быстрый спектральный сдвиг запрещенной зоны в 1DPC. Наши результаты и анализ дают четкое представление о поведении NLO 1DPCs в различных временных масштабах. Полученные результаты стимулируют последующую разработку сверхбыстрых переключателей и бистабильных ячеек памяти на основе полимерных 1DPC, микрометровая толщина и гибкость которых открывают перспективы для внедрения в конфигурации волокон и микрочипов.
Kislyakov I. M., Ivanov P. V., Nunzi J.-M., Vlasov A. Yu., Ryzhov A. A., Venediktova A. V., Wang H., Wang Z., Zhang T., Dong N., Wang J. Nonlinear optical fullerene and graphene-basedpolymeric 1D photonic crystals: perspectives forslow and fast optical bistability // Journal of the Optical Society of America B. 2021. Vol. 38. №. 9. №C198. https://doi.org/10.1364/josab.428088

В данной главе рассматриваются обратимые пространственные сетки в растворах сильно растущих и ветвящихся червеобразных мицелл. Обратимость сети и контролируемая вязкость делают такие системы очень полезными в многочисленных приложениях, например, для снижения сопротивления течению, при производстве красок, самовосстанавливающихся покрытий, для контролируемого высвобождения лекарств и т.д. Связь наблюдаемой вязкоупругости мицеллярного раствора с его структурой объясняется в рамках кинетических теорий разрыва и рекомбинации цепочечных агрегатов. Рассматриваются рост неионных и ионных мицелл, электростатическая жёсткость, эффекты разветвления и масштабирование вязкости в зависимости от концентрации поверхностно-активного вещества. Особое внимание уделяется влиянию специфики ионов на рост мицелл. Обсуждаются фазовое поведение и равновесная структура растворов, содержащих растущие и разветвляющиеся червеобразные агрегаты.
Victorov A., Self-Assembly into Branches and Networks, Chapter 2, p. 41-76. In: Self -Assembly: From Surfactants to Nanoparticles, Ed. R.Nagarajan, Wiley Series on Surface and Interfacial Chemistry (NY),1st Edition. 2019. 400 Pages. Hardcover, Wiley & Sons Ltd , ISBN: 978-1-119-00136-2. https://www.wiley.com/en-us/Self-Assembly%3A+From+Surfactants+to+Nanoparticles-p-9781119001362

В этой работе исследуются экранирующие свойства гауссовых моделей заряда растворов электролитов и плазм с помощью анализа асимптотического поведения парных корреляционных функций компонентов. Мы используем комбинацию методов Монте-Карло и интегрального уравнения Орнштейна-Цернике в гиперцепном замыкании, либо в аппроксимации случайных фаз для определения областей фазовой диаграммы, определяя длину экранирования, и степени, в которой она соответствует ожидаемой длине Дебая. Для практических применений, например, в динамике диссипативных частиц, мы обобщаем наши результаты в виде кратких эмпирических правил, которые могут быть использованы для мезомасштабного моделирования растворов электролитов и пыльных плазм. Таким образом, мы закладываем прочную основу для систематического учета специфических ионных эффектов.
Warren P. B., Vlasov A. Yu, Anton L., Masters A. J. Screening properties of Gaussian electrolyte models, with application to dissipative particle dynamics // The Journal of Chemical Physics. 2013. Vol.138. № 204907. http://dx.doi.org/10.1063/1.4807057