Multiscale modeling and simulations of polyelectrolyte multilayers and polyelectrolyte complexes
Çok katmanlı polielektrolitler ve polielektrolit komplekslerin çok ölçekli modelleme ve simülasyonları
- Tez No: 831672
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLAY ERTAŞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ EROL YILDIRIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Analitik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 233
Özet
Polielektrolitler (PE'ler), iyonlaşabilen fonksiyonel gruplar içeren ve bir çözücü içerisinde iyonlaşabilen bir polimer çeşididir. Polielektrolitler, miseller ve boş küreler gibi nanoyapılarda kendiliğinden bir araya gelme davranışları sergileyebilir ve bu yapılar ilaç salımı, sensörler, elektronikler ve akıllı kaplamalar gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Katman katman kaplama (LbL) tekniği ile PE'ler kullanılarak farklı uygulama alanları için istenen şekil ve özellikte malzemelerin üretimi de mümkündür. Polielektrolitler birçok farklı alanda kullanılmaları bakımından önem arz etmektedir. Bu nedenle, polielektrolitlerin moleküler seviyedeki davranışlarının anlaşılması, pratikteki uygulamaları için önemlidir. Bu tez çalışmasında geniş bir bakış açısıyla, farklı ölçeklerdeki hesaplamalı yöntemlerin avantajları, moleküler seviyede üç farklı uygulamada polielektrolitlerin rolünün daha iyi anlaşılması için bir arada kullanıldı. Tezin ilk bölümünde, tüm atomlu (AA) ve kaba taneli (CG) moleküler dinamik (MD) simülasyonları kullanılarak ile Yüzeyde Güçlendirilmiş Raman Spektroskopisi (YGRS) uygulamalarında çok katmanlı polielektrolitler (PEM) alttaş olarak kullanılmak üzere modellendi. Bu PEM'lerin, yapısal özellikleri, polielektrolitin türü ve katman sayısının YGRS alttaşlarında kullanılan analit moleküllerin dağılımı ve nanoparçacıkların hareketliliği üzerinde etkili olduğu gösterildi. Bu durum uygun alttaşın hazırlanması amacıyla yüzey morfolojisini ayarlanak için PEM'lerin uygun adaylar olduğunu göstermektedir. İkinci bölümde, PEDOT:PSS'in iletkenliğine asit ve çözücünün etkisi temel ilke hesaplamaları ve MD simülasyonları ile çalışıldı. Bu bölümdeki en önemli bulgu, PEDOT kristal yapılarda katkı olarak kullanılan HSO4- anyonlarının PEDOT zindirleri arasına kusursuz bir şekilde dağılımıdır ki bu, iletkenliği artıran bir parametre olabilir. Bununla birlikte, iletkenliği artırabilecek etki bir mekanizması olarak, yalıtkan PSS-H ve PSS-Na tabakalarının çözücü tarafından uzaklaştırıldığı gösterilmiştir. Son uygulamada, motor yağı ortamında tortu birikimi detaylı bir şekilde ve literatürde ilk defa modellenmiştir. Tortu modelinin bileşenleri arasındaki etkileşimler temel ilke hesaplamaları ile hesaplandı ve tortu oluşumunu kontrol etmede deterjan ve dispersanların tortu dağıtıcı rolü AA ve CG MD simülasyonları ile gösterildi.
Özet (Çeviri)
Polyelectrolytes are a unique class of polymers that can bear ionizable groups and, hence, can dissociate into ions when dissolved in a solvent, typically water. Polyelectrolytes can exhibit self-assembly behaviors, leading to many nanostructures, such as micelles and hollow spheres, that can be used in diverse applications like drug delivery, sensors, electronics and smart coatings. Layer-by-layer (LbL) assembly can also be used to prepare materials with tuned shapes or properties specific to the desired application. The significance of polyelectrolytes is vast, as they find applications in numerous fields. Hence, understanding polyelectrolytes at the molecular level is essential for their practical applications. Taking a broad view, the advantages of computational methods at different scales were combined to understand better the role of PEs in three different applications at the molecular level in this thesis study. In the first part of this thesis, modeling and simulation of polyelectrolyte multilayers with all-atom (AA) and coarse-grained (CG) molecular dynamics (MD) simulations were performed for operating as a substrate in Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) applications. It was demonstrated that the structure parameters of these polyelectrolyte multilayers (PEMs), the type of the polyelectrolyte and the number of layers affect the mobility of the nanoparticles used in SERS substrates and distribution of analyte on the surface. This makes PEMs convenient for preparing optimum substrates by tuning the surface morphology. In the second part, the effect of acid and solvent treatment on PEDOT:PSS was studied by first principle methods and MD simulations. The major finding in this part was the perfectly uniform distribution of HSO4- anions as a dopant in PEDOT crystalline structures in charge of the conductivity enhancement. In addition, insulating layers of PSS-H and PSS-Na can be washed away with the solvent, leading to an increase in electrical conductivity. In the last application, insoluble deposit formation in lubricant oil was modeled for the first time in the literature. Interactions between the constituents of the deposit model, detergent and dispersant were calculated by first principle calculations, and AA and CG MD simulations unraveled the role of detergents and dispersants in the deposit formation control.
Benzer Tezler
- Multiscale modeling and simulation of turbulent geophysical flows
Başlık çevirisi yok
ÖMER SAN
Doktora
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiVirginia Polytechnic Institute and State UniversityMekanik Ana Bilim Dalı
DR. ANNE E. STAPLES
- A multiscale modeling approach to understand mechanism of deposit control by lubricant detergents and dispersants
Motor yağlarında tortu oluşumunun deterjanlar ve dağıtıcılar kullanılarak kontrol edilmesi mekanizmasının çok ölçekli modellenmesi
ESRA KAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EROL YILDIRIM
- A multi-level upscaling and validation framework for uncertainty quantification in additively manufactured lattice structures
Başlık çevirisi yok
RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Multiscale modeling and study on the exfoliation and electronic properties of functionalized graphene analogs
Fonksiyonlaştırılmış grafen analoglarının yapraklanması ve elektronik özellikleri üzerine çok ölçekli modelleme
BERKAY SÜTAY
Doktora
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiFizikokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE YURTSEVER
- Lif takviyeli plastiklerin enjeksiyon simülasyonları ve sonuçlarının yapısal analizlere transferi
Injection simulations of fiber reinforced plastics and transfer of results to structural analysis
SEVİL DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiKonstrüksiyon ve İmalat Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMETTİN KAYA