Pytania egzaminacyjne z Fizyki Polimerów (część 2) na kierunku Nanotechnologia (01. 2012)
Omów typy wiązań w kryształach; czym różnią się kryształy molekularne od innych kryształów?
W kryształach występują wiązania:
jonowe - jony dodatnie oraz ujemne
kowalencyjne - powstałe dzięki uwspólnieniu elektronów walencyjnych
metaliczne - „gaz” elektronowy, wiążący jony dodatnie
polaryzacyjne - warunkują strukturę kryształów molekularnych (wiązanych siłami van der Waalsa), mają charakter międzycząsteczkowy, daleko zasięgowy; wiązania wodorowe mają energię zbliżoną do trzech wcześniejszych wiązań.
Omów strukturę nadcząsteczkową polimerów częściowo krystalicznych.
Polimery skłonne do krystalizacji wykazują trzy graniczne stany uporządkowania: bezładnego kłębka (brak wyraźnych obszarów uporządkowania), kryształu z całkowicie rozprostowanymi łańcuchami, kryształu ze złożonymi fragmentami łańcucha. Naturalny model zakłada istnienie polimeru semikrystalicznego, w którym współistnieją krystality jako skupiska uporządkowanych łańcuchów wewnątrz fazy amorficznej o charakterze przechłodzonej cieczy. W micelarnym modelu frędzlowym krystality o rozmiarach 5-50 nm, utworzone z równoległych odcinków łańcuchów rozproszone zostają w obszarze amorficznym. Z jednego krystalitu do drugiego makrocząsteczka przechodzi przez oddzielający je obszar amorficzny.
Strukturę polimerów częściowo krystalicznych określa szereg czynników: budowa sieci przestrzennej krystalitów (rodzaj i wielkość komórki elementarnej), rozmiary krystalitów (grubość lamel wzrasta wraz z temperaturą krystalizacji), rozmiary innych form morfologicznych (lamele rozbudowują się promieniście od zarodków krystalizacji, tworząc sferolity - ich wielkość wiąże się z długością makrocząsteczki i temperaturą krystalizacji), orientacja przestrzenna krystalitów, stopień krystaliczności polimeru (ułamek wagowy lub objętościowy fazy krystalicznej).
Wymień podstawowe cechy budowy makrocząsteczek decydujące o ich zdolności do krystalizacji.
Zdolności polimerów do krystalizacji sprzyja regularna struktura umożliwiająca gęste upakowanie: izotaktyczność lub syndiotaktyczność; regularna konfiguracja (izomeria pozycyjna, np. typu głowa do ogona); izomeria geometryczna (izomery cis bądź trans merów z wiązaniami podwójnymi albo pierścieniami); liniowy łańcuch, niewiele rozgałęzień; regularne rozmieszczenie grup polarnych; możliwość tworzenia wiązań wodorowych.
Omów różnice pomiędzy nukleacją homogeniczną i heterogeniczną. Jaki wpływ na morfologię polimeru ma rodzaj nukleacji?
Co to jest zarodek krytyczny, jak wyliczamy promień krytycznego zarodka kulistego?
Zarodek krytyczny jest to obszar zdolny do nukleacji,
Omów i wyjaśnij zależność prędkości zarodkowania od temperatury.
Omów zmiany energii swobodnej (၄Gj ) podczas tworzenia zarodka prostopadłościennego.
Omów czynniki indukujące zarodkowanie heterogeniczne, sposoby kontroli zarodkowania, ich wpływ na właściwości polimeru.
Omów nukleację heterogeniczną na powierzchni gładkiej - jak efektywność tej nukleacji zależy od kąta zwilżania podłoża przez polimer?
Jakie czynniki decydują o szybkości wzrostu kryształów i jak zależą one od temperatury?
Jak przebiega krystalizacja w wysokich temperaturach (w tzw. I-szym reżimie krystalizacji), jakie powstają struktury morfologiczne?
Jak przebiega krystalizacja w temperaturach pośrednich (w tzw. II-gim reżimie krystalizacji), jakie powstają struktury morfologiczne?
Jak przebiega krystalizacja w niskich temperaturach (w tzw. III-cim reżimie krystalizacji), jakie powstają struktury morfologiczne?
Co opisuje równanie Avramiego: X = 1 - exp(-ktn)? Od czego zależy wartość wykładnika n ?
Omów podstawowe formy krystaliczne polimerów (sferolity, hedryty, fibryle), scharakteryzuj ich wzrost, budowę oraz właściwości.
Omów obraz sferolitu oglądany w mikroskopie polaryzacyjnym przy skrzyżowanych polaryzatorach i wyjaśnij jak powstaje.
Jak temperatura topnienia zależy od entalpii topnienia i entropii topnienia? Jaki jest związek entalpii topnienia i entropii topnienia ze strukturą makrocząsteczek?
Wymień czynniki podwyższające i obniżające temperaturę topnienia polimeru.
Podaj definicję stopnia krystaliczności. Wymień metody wyznaczania stopnia krystaliczności.
Omów dwie wybrane metody wyznaczania stopnia krystaliczności.
Opisz mechanizmy polaryzacji dielektryków polimerowych w stałym polu elektrycznym.
Co to jest szereg tryboelektryczny? Do czego zjawisko elektryzacji polimerów może być wykorzystane?
Opisz zjawiska towarzyszące efektowi przebicia polimeru w silnym polu elektrycznym. Jak można zapobiegać przebiciom?
Co to jest próg perkolacji w kompozytach przewodzących? Jak próg perkolacji zależy od kształtu cząstek fazy przewodzącej?
Opisz rodzaje polimerowych kompozytów przewodzących.
Co to są polimery domieszkowane siateczkowo? Jak się je otrzymuje?
Opisz mechanizm przeskokowy transportu nośników ładunku w poli(N-winylokarbazolu).
Co to są polimery skoniugowane? Podaj przykłady i opisz ich najważniejsze właściwości.
Opisz sposoby generowania swobodnych nośników ładunku w polimerach skoniugowanych.
Omów różnice w podstawowych właściwościach fizykochemicznych polimerów skoniugowanych i typowych polimerów z wysyconym układem wiązań w łańcuchu głównym.