पॉलिमर ब्रश

नमूना बहुलक ब्रश

एक बहुलक ब्रश एक सतह कोटिंग के लिए दिया गया नाम है जिसमें सतह पर बंधे पॉलीमर होते हैं। ब्रश या तो सॉल्वेटेड अवस्था में हो सकता है, जहां टेथर्ड पॉलीमर परत में पॉलीमर और सॉल्वेंट होते हैं, या पिघली हुई अवस्था में, जहां टीथर्ड चेन पूरी तरह से उपलब्ध स्थान को भर देती है। इन बहुलक परतों को फ्लैट सबस्ट्रेट्स जैसे कि सिलिकॉन वेफर्स, या अत्यधिक घुमावदार सबस्ट्रेट्स जैसे नैनोकणों से जोड़ा जा सकता है। इसके अलावा, पॉलिमर को उच्च घनत्व में एक और एकल बहुलक श्रृंखला में बांधा जा सकता है, हालांकि इस व्यवस्था को आम तौर पर बहुलक बोतल ब्रश का नाम दिया जाता है। इसके अतिरिक्त, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट ब्रश का एक अलग वर्ग होता है, जब बहुलक श्रृंखलाएं स्वयं इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज करती हैं।

ब्रश को अक्सर ग्राफ्टेड चेन के उच्च घनत्व की विशेषता होती है। सीमित स्थान तब जंजीरों के एक मजबूत विस्तार की ओर ले जाता है। कोलाइड को स्थिर करने, सतहों के बीच घर्षण को कम करने और कृत्रिम जोड़ों में स्नेहन प्रदान करने के लिए ब्रश का उपयोग किया जा सकता है। पॉलिमर ब्रश को आणविक गतिशीलता के साथ तैयार किया गया है,मोंटे कार्लो के तरीके, ब्राउनियन गतिकी सिमुलेशन, और आणविक सिद्धांत।

संरचना

एक ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु। ड्राइंग अटैचमेंट पॉइंट से घटती हुई चेन बढ़ाव को दिखाती है और फ्री एंड पर गायब हो जाती है। ब्लॉब्स, मंडलियों के रूप में योजनाबद्ध, (स्थानीय) लंबाई के पैमाने का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिस पर श्रृंखला के आंकड़े 3डी यादृच्छिक चाल (छोटी लंबाई के पैमाने पर) से 2डी इन-प्लेन रैंडम वॉक और 1डी सामान्य निर्देशित वॉक (बड़े पैमाने पर) में बदलते हैं। लंबाई तराजू)।

एक ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु लगाव की सतह से दूर खिंच जाते हैं, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि वे एक दूसरे को पीछे हटाते हैं (स्टेरिक प्रतिकर्षण या आसमाटिक दबाव)। ज्यादा ठीक, वे लगाव बिंदु के पास अधिक लम्बी होती हैं और मुक्त सिरे पर बिना खींची हुई होती हैं, जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है।

अधिक सटीक रूप से, मिलनर, विट्टन, केट्स द्वारा प्राप्त सन्निकटन के भीतर,किसी दी गई श्रृंखला में सभी मोनोमर्स का औसत घनत्व हमेशा प्रीफैक्टर तक समान होता है:

$\phi (z,\rho )={\frac {\partial n}{\partial z}}$

$n(z,\rho )={\frac {2N}{\pi }}\arcsin \left({\frac {z}{\rho }}\right)$ कहाँ $\rho$ अंत मोनोमर की ऊंचाई है और $N$ प्रति श्रृंखला मोनोमर्स की संख्या।

औसत घनत्व प्रोफ़ाइल $\epsilon (\rho )$ सभी संलग्न श्रृंखलाओं के अंत मोनोमर्स, एक श्रृंखला के लिए उपरोक्त घनत्व प्रोफ़ाइल के साथ जटिल, ब्रश के घनत्व प्रोफ़ाइल को समग्र रूप से निर्धारित करता है:

$\phi (z)=\int _{z}^{\infty }{\frac {\partial n(z,\rho )}{\partial z}}\,\epsilon (\rho )\,{\rm {d}}\rho$ सूखे ब्रश में कुछ ऊंचाई तक एक समान मोनोमर घनत्व होता है $H$. कोई दिखा सकता है कि संबंधित अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल द्वारा दिया गया है:

$\epsilon _{\rm {dry}}(\rho ,H)={\frac {\rho /H}{Na{\sqrt {1-\rho ^{2}/H^{2}}}}}$ कहाँ $a$ मोनोमर आकार है।

उपरोक्त मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल $n(z,\rho )$ एक एकल श्रृंखला के लिए ब्रश की कुल लोचदार ऊर्जा को कम करता है,

$U=\int _{0}^{\infty }\epsilon (\rho )\,{\rm {d}}\rho \,\int _{0}^{N}\,{\rm {d}}n\,{\frac {kT}{2Na^{2}}}\left({\frac {\partial z(n,\rho )}{\partial n}}\right)^{2}$ अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल की परवाह किए बिना $\epsilon (\rho )$, के रूप में दिखाया गया।

सूखे ब्रश से किसी ब्रश तक

एक परिणाम के रूप में,किसी भी ब्रश की संरचना ब्रश घनत्व प्रोफ़ाइल से ली जा सकती है $\phi (z)$. वास्तव में, फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन डेंसिटी प्रोफाइल का एक कनवल्शन है, जिसमें ड्राई ब्रश का फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन होता है:

$\epsilon (\rho )=\int _{\rho }^{\infty }-{\frac {{\rm {d}}\phi (H)}{{\rm {d}}H}}\epsilon _{\rm {dry}}(\rho ,H)$.

तदनुसार, ब्रश लोचदार मुक्त ऊर्जा द्वारा दिया जाता है:

${\frac {F_{\rm {el}}}{kT}}={\frac {\pi ^{2}}{24N^{2}a^{5}}}\int _{0}^{\infty }\left\{-z^{3}{\frac {{\rm {d}}\phi (z)}{{\rm {d}}z}}\right\}{\rm {d}}z$.

इस पद्धति का उपयोग उसी प्रजाति के बहुलक ब्रशों पर बहुलक पिघलने के गीले गुणों को प्राप्त करने के लिए किया गया हैऔर सहबहुलक पटलिकाओं के बीच महीन अंतःप्रवेश विषमताओं को समझने के लिए इससे बहुत ही असामान्य गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक लैमेलर संरचनाएं उत्पन्न हो सकती हैं।

अनुप्रयोग

पॉलिमर ब्रश का उपयोग क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण में किया जा सकता है। क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण एक पूर्वनिर्मित सतह पर सामग्री के स्थितीय स्व-संरेखण के लिए एक आशाजनक तकनीक है।

यह भी देखें

• डेंड्रोनाइज्ड पॉलीमर