पॉलिमर ब्रश

File:Polymer brush (SCHEMATIC) V1.svg

प्रारूप बहुलक ब्रश

बहुलक ब्रश सतह कोटिंग के लिए दिया गया नाम है जिसमें पॉलीमर सतह पर जुड़े होते हैं। ब्रश या तो सॉल्वेटेड अवस्था में हो सकता है, जहां टेथर्ड परत में पॉलीमर और सॉल्वेंट होते हैं, या पिघली हुई अवस्था में, जहां टीथर्ड चेन पूर्ण रूप 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 अतिरिक्त, पॉलिमर को उच्च घनत्व में एकल बहुलक श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है, चूँकि इस व्यवस्था को सामान्यतः बहुलक बोतल ब्रश का नाम दिया जाता है। इसके अतिरिक्त, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट ब्रश का भिन्न वर्ग होता है, जब बहुलक श्रृंखलाएं स्वयं इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेशित करती हैं।

ब्रश प्रायः ग्राफ्टेड चेन के उच्च घनत्व की विशेषता होती है। सीमित स्थान तब जंजीरों के जटिल विस्तार की ओर ले जाता है। कोलाइड को स्थिर करने, सतहों के मध्य 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, मोंटे कार्लो विधियों, ब्राउनियन गतिकी सिमुलेशन, और आणविक सिद्धांतों के साथ तैयार किया गया है।

संरचना

File:Tethered polymer chain.svg

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

ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु निकट की सतह से दूरस्थ हो जाते हैं, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि वे दूसरे को पीछे विस्थापित करते हैं (स्टेरिक प्रतिकर्षण या आसमाटिक दबाव)। अधिक त्रुटिहीन रूप से, अटैचमेंट पॉइंट के निकट अधिक लम्बी होती हैं और मुक्त सिरे पर बिना खींची हुई होती हैं, जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है।

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

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

$n(z,\rho )={\frac {2N}{\pi }}\arcsin \left({\frac {z}{\rho }}\right)$

जहाँ $\rho$ अंत मोनोमर की ऊंचाई है और $N$ प्रति श्रृंखला मोनोमर्स की संख्या है।

औसत घनत्व प्रोफ़ाइल $\epsilon (\rho )$ सभी संलग्न श्रृंखलाओं के अंत मोनोमर्स 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 समान मोनोमर घनत्व होता है $H$ दिखा सकता है कि संबंधित अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल द्वारा दिया गया है:

$\epsilon _{\rm {dry}}(\rho ,H)={\frac {\rho /H}{Na{\sqrt {1-\rho ^{2}/H^{2}}}}}$

जहाँ $a$ मोनोमर आकार है।

उपरोक्त मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल $n(z,\rho )$ 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 को ध्यान दिए बिना $\epsilon (\rho )$, के रूप में दिखाया गया।

सूखे ब्रश से किसी ब्रश तक

परिणामस्वरूप,किसी भी ब्रश की संरचना घनत्व प्रोफ़ाइल प्रोफ़ाइल से प्राप्त की जा सकती है $\phi (z)$. वास्तव में, फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन डेंसिटी प्रोफाइल का 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 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 प्रजाति के बहुलक ब्रशों के गीले गुणों को प्राप्त करने के लिए किया गया हैऔर सह-बहुलक पटलिकाओं के मध्य सूक्ष्म अंतःप्रवेश विषमताओं का अध्यन करने के लिए अधिक 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 पूर्वनिर्मित सतह पर सामग्री की स्थितीय स्व-संरेखण के लिए आशाजनक तकनीक है।

यह भी देखें

• डेंड्रोनाइज्ड पॉलीमर