عنوان ترجمه شده مقاله: ضخامت فاز میانی در یک فیلم پلیمری فوق نازک چقدر است؟ شبیه سازی های دینامیک مولکولی دانه درشت پلی آمید-6 و 6 روی گرافن

Coarse-grained molecular dynamics simulations have been performed to study a nanometric polyamide-6,6 film containing long chains (100 chemical repeat units), in contact with a graphene surface and with vacuum, in a huge simulation box (the distance between the interfaces ≈ 36 nm) for a long time (70 ns). Compared with atomistic simulations, with limitations in chain length, box size, and simulation time, restricting them to the study of local structural and short-time dynamic properties, this simulation covers a broad range of length scales and captures the long-time relaxation regime of long chains. This enables one to discriminate the interphase thickness for local and global structural properties and to study the interplay between the change in structural and the associated dynamic properties in the interphase compared with the bulk polymer. Our results indicate that the interphase thickness depends on the length scale of particular property of interest for the bulk polymer. At both interfaces a minimum interphase thickness, ∼3.0 nm, is associated with local structural properties such as layering of individual superatoms and the hydrogen bonding between amide groups. The interphase thickness, however, extends to an intermediated length of about one radius of gyration, R_g, of the unperturbed polymer (6 nm) and a maximum length of 2R_g in the case of such polymer structural properties as the chain conformations and reach of chains with at least one contact to the interface to the polymer phase, respectively. Accordingly, the time scales for both short- and long-time dynamic properties in the interphase vary (with respect to the corresponding property in the bulk) as a function of distance from the surfaces. The change in time scales, in a 3 nm thick slab parallel to the interfaces, is shown to cover a broad range from 10% to four orders of magnitude. The former change in time scales occurs in the case of such a short-time dynamic property like HB formation (occurring in a few picoseconds for bulk polymer) at the vacuum interface, whereas the latter one corresponds to a long-time dynamics process such as the center-of-mass translation in the perpendicular direction at the graphene interface (occurring in hundreds of nanosecond for bulk polymer

شبیه سازیهای دینامیک مولکولی دانه درشت انجام گرفته است تا یک فیلم نانومتری پلی آمید-6،6 حاوی زنجیره های طویل (100 واحد تکرار شیمیایی) در تماس با یک سطح گرافنی و همراه با خلا، در یک جعبه شبیه سازی بزرگ (فاصله بین سطوح مشترک ~ 36 nm) و به ازای یک زمان طولانی (70 ns) مورد بررسی قرار گیرد. در مقایسه با شبیه سازی های اتمی با محدودیت هایی روی طول زنجیره، اندازه جعبه و زمان شبیه سازی و نیز محدود ساختن آنها به مطالعه خصوصیات دینامیکی کوتاه مدت و ساختار موضعی، این شبیه سازی دامنه وسیعی از مقیاس های طولی را پوشش می دهد و ناحیه آسایش طولانی مدت زنجیره های طویل را در بر می گیرد. این امر امکان تمایز ضخامت فاز میانی را از نظر ویژگی های ساختاری موضعی و سراسری را فراهم می سازد و مطالعه اثر متقابل بین تغییر خصوصیات ساختاری و خصوصیات دینامیکی مربوطه در فاز میانی را در مقایسه با پلیمر حجیم ممکن می گرداند. نتایج ما نشان می دهند که ضخامت فاز میانی به مقیاس طولی ویژگی خاص موردنظر برای پلیمر حجیم بستگی دارد. در هر دو سطح مشترک، حداقل ضخامت فاز میانی (3.0 nm) با ویژگی های ساختار موضعی نظیر لایه بندی سوپراتم های منفرد و پیوند هیدروژنی بین گروه های آمید مرتبط است. با این همه ضخامت فاز میانی تا یک طول متوسط برابر حدودا یک شعاع چرخش (R_g) پلیمر مختل نشده (6 nm) و تا حداکثر طول 2 R_g با ویژگی های ساختاری پلیمر نظیر ترکیب زنجیره و زنجیره هایی با دست کم یک تماس با سطح مشترک فاز پلیمر، امتداد می یابند. به این ترتیب، مقیاس های زمانی برای هر دو ویژگی دینامیکی کوتاه مدت و بلند مدت در فاز میانی به صورت تابعی از فاصله از سطوح تغییر می کنند (نسبت به ویژگی مربوطه در حالت حجیم). نشان داده می شود که تغییر مقیاس های زمانی در یک قطعه با ضخامت 3 nm به موازات سطوح مشترک، محدوده گسترده ای از سطوح را از 10% تا چهار مرتبه بزرگی پوشش می دهد. اولی دارای مقیاس های زمانی متغیر است که در مورد یک ویژگی دینامیکی کوتاه مدت مثل تشکیل HB در سطح مشترک خلا رخ می دهد (چند پیکوثانیه برای پلیمر حجیم)، در حالی که دومی با یک فرآیند دینامیک بلندمدت نظیر انتقال مرکز جرم در جهت عمود بر سطح مشترک گرافن متناظر است (صدها نانوثانیه برای پلیمر حجیم).