Μοριακές προσομοιώσεις υαλώδους ατακτικού πολυστυρενίου - Μανίκας, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών, 2015)
Στη σύγχρονη εποχή που βιώνουμε, τα πολυμερή αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της ζωής όλων των ανθρώπων. Ένα τέτοιο υλικό είναι το πολυστυρένιο. Το συνήθως χρησιμοποιούμενο πολυστυρένιο ανήκει στα άμορφα υλικά, μία κατηγορία υλικών που ξεχωρίζει λόγω της ιδιαιτερότητας να εμφανίζουν χαρακτηριστικά τόσο στερεάς όσο και υγρής κατάστασης. Δηλαδή, τα άμορφα υλικά , στα οποία συμπεριλαμβάνεται το πολυστυρένιο, μπορούν να παρουσιάζουν έλλειψη τάξης μακράς εμβέλειας όσο και να υποστηρίξουν την επιβολή διατμητικής τάσης. Το πρώτο αποτελεί χαρακτηριστικό υγρής και το δεύτερο στερεής κατάστασης, οπότε υπό αυτή την έννοια εμφανίζουν χαρακτηριστικά και των δύο φάσεων, πράγμα που τα καθιστά υλικά εξαιρετικού επιστημονικού ενδιαφέροντος. Το πολυστυρένιο αποτελεί υαλώδες υλικό και τα υαλώδη υλικά είναι χαρακτηριστικοί αντιπρόσωποι άμορφων στερεών. Η κατανόηση των υαλωδών υλικών και κατ’ επέκταση η ικανότητα ελέγχου των ιδιοτήτων τους εμφανίζει μεγάλο τεχνολογικό και επιστημονικό ενδιαφέρον. Η δυσκολία κατανόησης των μηχανισμών, που διέπουν τις σχέσεις της δομής με τις ιδιότητες αυτών των υλικών, είναι εξαιρετικά δύσκολη λόγω του ότι οι ιδιότητές τους παρουσιάζουν εξάρτηση από το χρόνο, γεγονός που σημαίνει ότι βρίσκονται εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας. Για το λόγο αυτό βρίσκονται σε μία συνεχή προσπάθεια προσέγγισης της ισορροπίας. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό με τον όρο φυσική γήρανση. Οι μηχανικές ιδιότητες των υαλωδών υλικών, όπως οι ελαστικές σταθερές που θα μελετηθούν στην παρούσα εργασία, εξαρτώνται έντονα τόσο από τη χημική τους σύσταση όσο και από το θερμικό ιστορικό σχηματισμού τους. Οι μοριακές προσομοιώσεις αποτελούν ένα βασικό και αποτελεσματικό εργαλείο για τη μελέτη συμπεριφοράς υλικών, καθώς είναι σε θέση να εκτιμήσουν με ακρίβεια θερμοδυναμικές και δυναμικές ιδιότητες. Για το λόγο αυτό, θα γίνει προσπάθεια σύγκρισης δύο υπολογιστικών μεθόδων ως προς τον υπολογισμό των ελαστικών σταθερών του πολυστυρενίου μέσω προσομοιώσεων. Οι μέθοδοι που θα εφαρμοστούν είναι η μηχανική παραμόρφωση μέσω της επιβολής τάσης και η μέθοδος που υπολογίζει τις ελαστικές σταθερές μέσω των θερμικών διακυμάνσεων της τάσης υπό μηδενική παραμόρφωση. Στην εργασία αυτή λοιπόν, εκτιμήθηκαν οι ελαστικές σταθερές (μέτρο Young και λόγος Poisson) του υαλώδους ατακτικού πολυστυρενίου μέσω υπολογιστικών πειραμάτων επιβαλλόμενης μοναξονικής (εφελκυστικής και θλιπτικής) τάσης στην ελαστική περιοχή, καθώς και μέσω της μεθόδου διακυμάνσεων της τάσης. Επιπλέον, προσομοιώθηκε η ογκομετρική συμπεριφορά (καμπύλη όγκου – θερμοκρασίας υπό σταθερή πίεση) του ατακτικού υαλώδους πολυστυρενίου και βρέθηκαν αποτελέσματα που συμφωνούν με αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις ψύξης.