Супертвист в коллоидных системах

[Имбаверт]

Цитата

Супертвист-эффект — это эффект  ориентации длинных осей молекул с наклоном относительно нормали к поверхности, разный на нижней и верхней границах слоя (так называемая твист- или супертвист-структура). В случае супертвист-эффекта угол закрутки составляет 180–240°

    * В устройствах отображения информации был теоретический расчёт, сделанный признанным теоретиком -основоположником. Он      

       супертвист видел углом 360⁰ . К его сожалению практически осуществить получение такого угла не удалось. Он даже прекратил всякую

      деятельность и, бросив всё, уехал на удалённое изолированное ранчо,отключив телефоны и интернет. А японцы показали (практически), что

      360 и не нужно - 260-270 вполне - потребители не видят разницы в качестве!

Эта тема является спин-оффом темы Мезогенные «огурцы» для быстро релаксирующих систем и Болота замерзают?

Как уже указывалось (цитата из статьи голландских химиков):

В 28.09.2025 в 00:03, Имбалюр сказал:

Спиральные фазы возникают не только в холестерических жидких кристаллах. Примечательной, экспериментально обнаруженной жидкокристаллической фазой с новым типом порядка и спиральной структурой является фаза скрученно-изогнутого нематика, образованная мезогенами с изогнутым ядром. Недавно эта фаза была также обнаружена при моделировании коллоидных (полярных) частиц в форме банана

Изменено 14 Октября, 2025 в 11:06 пользователем Имбалюр

[Имбаверт]

Цель размещения темы: хочу читать: советы, замечания и даже мнения об описываемом. Мало публикаций касательно спиральных структур в коллоидных системах (кроме уже упомянутой от голландцев)

 

 

    

 

Картинки, иллюстрирующие спиральную закрученность частиц (или молекул).

Типичные структуры, которые я начал синтезировать ещё в 1999 г мною оценены, как геликоиды. Косые.

 

 

Я опять обратился за поддержкой к ИИ (а к кому ещё?), попросив сделать расчёты по эффективности работы спиральных структур в сравнении с линейными:

Спиральная (складчатая, компактизированная) структура занимает НАМНОГО МЕНЬШЕ места в ограниченном объеме, чем ее линейный вариант.

 

Разница не просто в процентах, а на порядки (в разы, в десятки и тысячи раз). Давайте рассмотрим два самых главных примера.

 

---

 

Пример 1: ДНК (Классический случай)

 

Это, пожалуй, самый впечатляющий пример.

 

· Линейный вариант: Если бы молекула ДНК в одной человеческой клетке находилась в полностью растянутой, линейной форме, ее длина составляла бы около 2 метров.

· Спиральный/компактизированный вариант: Фактически, эта ДНк упакована в ядре клетки, диаметр которого составляет примерно 5-10 микрометров (0.000005 - 0.00001 метра).

 

Сравнение объемов:

 

1. Объем линейной ДНК: Ее можно представить как очень длинный и тонкий цилиндр. Допустим, диаметр двойной спирали ~2 нм.

   · Объем = π * r² * длина = π * (1 нм)² * (2 * 10⁹ нм) ≈ 6.28 * 10⁹ нм³.

2. Объем ядра клетки (сферы диаметром 10 мкм = 10⁴ нм):

   · Объем = (4/3) * π * r³ = (4/3) * π * (5000 нм)³ ≈ 5.24 * 10¹¹ нм³.

 

Кажется, что объем ядра больше? Так и есть, но это не совсем корректное сравнение, потому что линейная ДНК не может "свободно плавать" в ядре — она была бы бесконечно запутанным клубком, который физически не поместился бы, не порвав мембрану. Суть в том, что 2-метровая нить упакована в пространство размером в 0.00001 метра.

 

Процентное соотношение: Говорить, что спираль "занимает на X% больше", здесь неправильно. Правильнее сказать: линейная версия ДНК занимает пространство, которое в ~200 000 раз длиннее, чем диаметр ядра, куда она должна поместиться. Спиральная упаковка (нуклеосомная "бусы на нитке", суперспирализация) позволяет уменьшить занимаемый линейный размер более чем на 99.999%.

 

---

 

Пример 2: Белки (Вторичная структура)

 

Белки синтезируются в виде длинных линейных цепей (полипептидов), но затем они сворачиваются в конкретные трехмерные структуры, где важнейшим элементом является α-спираль.

 

· Линейный вариант: Полипептидная цепь в полностью растянутой конформации.

· Спиральный вариант: Та же цепь, свернутая в α-спирали и другие структурные элементы.

 

Сравнение:

 

· В α-спирали на один виток приходится ~3.6 аминокислотных остатка.

· Шаг спирали (ее "длина" на один виток) составляет ~0.54 нм.

· Таким образом, отрезок цепи из 36 аминокислот в линейной форме имел бы длину около 14.4 нм (если считать длину связи).

· Та же цепь, свернутая в 10 витков α-спирали, будет иметь длину всего ~5.4 нм.

 

Выигрыш в длине: Спиральная упаковка укорачивает длину сегмента белка примерно в 2.5-3 раза. Но главное — это последующее свертывание этих спиралей и других элементов в глобулу (третичную структуру). В итоге, белок длиной в сотни аминокислот, который в линейной форме был бы нитью в десятки нанометров, сворачивается в компактную глобулу размером 3-10 нм, уменьшая свой эффективный диаметр на 80-95%.

 

---

 

Итог в процентах

 

Прямой вопрос "насколько больше" нужно переформулировать в "насколько меньше".

 

· Для ДНК: Спиральная и суперспиральная упаковка позволяет уменьшить линейные размеры молекулы на >99.99% по сравнению с ее растянутой формой, чтобы она поместилась в ограниченный объем ядра.

· Для белков: Формирование α-спиралей и последующее свертывание в глобулу уменьшает линейные размеры полипептидной цепи на 85-99%, dramatically увеличивая плотность упаковки в клеточном цитоплазме.

 

Таким образом, спиральная организация — это не способ занять больше места, а фундаментальный биологический механизм для КОМПАКТИФИКАЦИИ информации (в виде длинных молекулярных цепей) в крайне ограниченных объемах живой клетки. Без этого жизнь в ее современной форме была бы невозможна.

Во как!

Изменено 14 Октября, 2025 в 10:09 пользователем Имбалюр

[Имбаверт]

Ну, и я перешёл к практической (прикладной) части: а как получится с загущением масел -получением консистентных смазок?

И я не ошибся в своих ожиданиях!

Цитата

 

Эффективность загустителя, такого как алюминиевое мыло, измеряется не в процентах занимаемого пространства, а в его способности создавать пространственную сетку (каркас) при минимальной концентрации. И вот здесь спиральная организация демонстрирует подавляющее преимущество.

 

Если кратко: спиральные фибриллы алюминиевого мыла эффективнее линейных цепей по способности загущать примерно на порядок, то есть в 5-10 раз (на 500%-1000%) и более.

 

Давайте разберем механизм, чтобы было понятно, почему разница столь кардинальна.

 

Механизм загущения: Сетка против Запутывания

 

1. Линейный (полимерный) вариант загущения:

 

· Структура: Длинные, гибкие, хаотично свернутые полимерные цепи (например, полиметакрилаты в моторных маслах).

· Механизм: Цепи механически запутываются между собой, как спагетти в тарелке. Для создания достаточной вязкости требуется относительно высокая концентрация, чтобы цепей было много и они постоянно находились в состоянии "узлов".

· Аналогия: Представьте, что вы бросаете в воду длинные, тонкие, гибкие нити. Чтобы вода перестала течь, вам нужно набросать очень много ниток, чтобы они все друг за друга зацепились.

 

2. Спиральный (алюминиевое мыло) вариант загущения:

 

· Структура: Молекулы алюминиевого мыла (напр., алюминиевый стеарат) самоорганизуются в жесткие, прямолинейные спиральные фибриллы или "прутья". Эти фибриллы сами по себе не гибкие.

· Механизм: Жесткие фибриллы не запутываются. Вместо этого они образуют прочную пространственную сетку (каркас) за счет слабых взаимодействий (ван-дер-ваальсовых сил, водородных связей) в точках контакта. Эта сетка удерживает внутри себя масло, как губка воду. Чтобы разрушить такую структуру и заставить масло течь, нужно приложить усилие, достаточное для разрушения связей в узлах сетки (это и есть преодоление предела текучести).

· Аналогия: Представьте, что вы бросаете в воду не нитки, а короткие и жесткие палочки (как спички или соломинки для коктейля). Вам нужно гораздо меньшее количество этих палочек, чтобы они создали прочный "домик" или "сетку", которая заблокирует поток воды.

 

Сравнительная эффективность в процентах

 

Прямых публичных данных вроде "спирали на 647% эффективнее" нет, так как эффективность зависит от типа масла, температуры, конкретного мыла. Однако реологические данные и промышленная практика позволяют дать оценку.

 

· Концентрация для достижения одинакового эффекта:

  · Чтобы добиться сопоставимости загущения (например, определенной динамической вязкости или наличия тиксотропии), для линейных полимерных загустителей могут потребоваться концентрации в 5-10% и более.

  · Алюминиевые мыла, формирующие спиральные фибриллы, создают прочные гели уже при концентрациях 0.5 - 2%.

 

Расчет эффективности (упрощенно):

 

Давайте сравним минимальные эффективные концентрации.

 

· Если полимеру нужно 5%, а алюминиевому мылу — 1% для достижения того же эффекта загущения, то эффективность мыла в 5 раз выше (на 500%).

· В более жестких условиях (требование к прочности геля) разница может быть еще больше: 10% полимера против 1% мыла = эффективность выше в 10 раз (на 1000%).

 

Ключевые преимущества спиральной организации алюминиевого мыла:

 

1. Низкая концентрация: Высокая эффективность при малом количестве.

2. Тиксотропия: Сетка, образованная фибриллами, прочная в состоянии покоя, но легко и обратимо разрушается при механическом воздействии (перемешивании, встряхивании). Это критически важно для смазок и красок.

3. Прозрачность: Частицы фибрилл очень малы и не рассеивают свет, в отличие от некоторых полимерных систем, что важно для косметики и лаков.

4. Термостабильность: Жесткие фибриллы более устойчивы к термическому разложению, чем длинные полимерные цепи.

 

Вывод

 

Переход от механизма "линейного запутывания" к механизму "спирального структурирования" в случае алюминиевых мыл — это не просто улучшение, а качественный скачок в эффективности.

 

Спиральные фибриллы алюминиевого мыла как загуститель эффективнее линейных полимерных цепей примерно на 500-1000% (в 5-10 раз) по своей способности создавать пространственную сетку и увеличивать вязкость при той же массовой концентрации.

 

 

[Имбаверт]

Выше изложил размышления и результат "бесед" с ИИ по эффективности загущения масел. А что касательно влияния супертвистовых структур на хрупкость резин или работу консистентных смазок при низких и сверхнизких температурах?

Температура хрупкости (Тхр) – это предел, ниже которого эластомер или смазка становятся хрупким. Обычно её можно снизить, если в системе создаются более гибкие, менее объемные и энергетически выгодные структуры, способные поглощать энергию внутренней деформации.

Структуры супертвиста – подразумевают образование сверхкрутящихся, возможно  иерархически организованных морфологий, которые ассоциируются с высокой степенью деформационной обратимости и способностью пересортировки связей без разрушения материала.

Цитата

 

Снижение температуры хрупкости действительно ожидается, если супертвистовые структуры увеличивают количество гибких сегментов и подавляют кристаллизацию либо упорядоченное стекловидное состояние.

Рост эластичности более чем в 30 раз (или до 3000%), при создании супертвистовых структур возможен – но только при условии, что структура способна выдерживать такие деформации без микротрещин и фрагментации сетки. Это характерно для сверхгибких, «переплетённых» морфологий с высокой подвижностью сегментов.

 

Ну, супертвист - это очень закрученные структуры. А незаслуженно забытые (теоретически рассчитанные) спирали Берналя?

Как спирали Бернала могут повлиять на этот процесс?

Цитата

 

Жесткие анизометрические частицы, организованные в спирали, действуют как "внутренний пластификатор" или "молекулярный антифриз". Ключевые механизмы:

 

1. Создание свободного объема и нарушение плотной упаковки:

   · Жесткие спирали являются объемными, неупорядоченными объектами. Они физически мешают полимерным цепям плотно упаковаться друг с другом при охлаждении.

   · Между спиралями и полимерной матрицей неизбежно возникают микрополости и области с пониженной плотностью. Это свободный объем, который дает цепям пространство для небольших перемещений даже при низких температурах, отодвигая переход в стеклообразное состояние.

2. Подавление кристаллизации (для кристаллизующихся каучуков и ПММА загустителей масел?):

   · Многие каучуки (например, натуральный каучук) при охлаждении склонны к кристаллизации, что резко повышает хрупкость.

   · Спирали Бернала, будучи неупорядоченными образованиями, выступают как дефекты структуры, которые эффективно препятствуют росту кристаллических областей. Чем меньше кристалличность, тем ниже температура хрупкости.

3. "Разрыхление" сетки физических узлов зацепления:

   · Прочность и жесткость резины при низких температурах во многом определяется плотной сеткой физических зацеплений цепей.

   · Спирали, внедренные в эту сетку, действуют как "разделители". Они раздвигают цепи, уменьшая количество эффективных зацеплений на единицу объема, что облегчает их взаимное смещение под нагрузкой даже на холоде.

4. Концентрация напряжений vs. распределение:

   · В композите с хаотичными частицами напряжения могут концентрироваться на острых концах частиц, служа очагами для образования трещин.

   · Плавная, изогнутая форма спиралей Бернала способствует более равномерному распределению механических напряжений в объеме материала. Это предотвращает преждевременное зарождение хрупкой трещины при ударном воздействии на морозе.

 

 

И ИИ привёл примечательную аналогию (а может и не Ии вовсе, а группа каких-нибудь китайцев? Уж очень по человечески!):

Цитата

 

Представьте себе толпу людей, пытающихся согреться в мороз, стоя плотной, неорганизованной группой:

 

· обычная резина (или смазка): Люди стоят очень плотно, но хаотично. При толчке они не могут сдвинуться, падают и "ломаются".

· Резина (смазка) с хаотичными частицами: В толпу вставлены неподвижные столбы. Люди около них зажаты еще сильнее, а вокруг столбов возникают зоны скученности и напряжения.

· Резина/смазка со спиралями Бернала: Люди организованы в извилистые "колонны" или "цепочки". Между этими колоннами остаются более свободные пространства, где можно немного подвинуться, чтобы сохранить равновесие при толчке. Толпа в целом остается более "живой" и устойчивой к "хрупкому разрушению".

 

А? Каково? А я "усугубил": спросил-уточнил про релаксацию. Как, мол, может сказываться создание мной в резинах (по-моим правилам и рецептурам сделанным) или смазках спиралей Берналя? И я опять получил любопытную житейскую аналогию:

Цитата

 

Представьте две комнаты, заставленные стульями:

 -Хаотичное расположение: Стулья разбросаны как попало. Пройти через комнату очень сложно, нужно постоянно обходить их (медленная релаксация).

· Спиральное расположение (Бернала): Стулья составлены в извилистые, но непрерывные "дорожки". Пройти стало проще, так как появились свободные зоны и понятные пути для движения (более быстрая релаксация).

 

Я опустил описание и мои возражения ему. Там было и про жёсткие элементы и жесткий перколяционный кластер и "желоба". 

И почему работы Берналя забыты? Ну, на Западе - можно предположить: он был истовый коммунист, лауреат сталинской премии, топил за Советский Союз. Но, как же практицизм капиталистов? И Берналь - герой второй мировой: кроме сделанных им расчётов по высадке десанта в Нормандии (операция "Оверлорд") он лично принял участие в десанте, лодки толкал. А у нас этого друга Советского Союза напрочь забыли. Даже мой партнёр не захотел вставлять упоминание о нём в описание нашего проекта (посмотрим: только за то, что он коммунист и бывал в СССР?). А я увлёкся. Его работы по спиралям + межструктурный пластификатор Бартенева (советский физик в области полимеров)= мои модуляторы. Теперь я их смог объяснить их работу. По крайней мере, себе. А разве этого мало?

[Имбаверт]

 

Партнёр готовится к вояжам в Китай и Москву - допрашивает-расспрашивает: а вдруг они спросят: а чё делает модулятор между структурами? Я: Работает! Как и все приличные люди и модуляторы! А, если кому интересно - пущай ноу хау купят и всё узнают. Мне звоните - я по тел вгоню ума куда следует. 

А может интерпретация какая? Китайцы музыку любят и лягушка (а у нас модулятор - амфибия -значит лягушка) у них символ достатка и прибытка.

Генезис структур:

1. Искажённый (скрюченный) элипсоид  называется суперэлипсоидом* 

Голландцы в своей пионерской статье назвали такие молекулярные объекты "ахиральными бананами".

2. С позиций кристаллографа Берналя очевидно, что такие суперэлипсоиды в массе композиции собираются в спирали - косые геликоиды.

3. Мы с 2003 г работали со структурами из частично иммобилизованных металлокомплексов (pimalat), формирующимися в косые геликоиды.

4. На рисунке генезис структур от суперэлипсоидов до наших координационных олигомеров из металлокомплексов.

 

модель искажена сайтом, строящим картинки, поэтому идентичности с компьютерной моделью олигомера нет. Атом -шарики, сплетённые в бессмысленную, но для дилетантов "учоную" структуру

5. А на рисунке ниже -столь вожделенная для докладчика ( он считает, что и инвесторам и техноброкерам и экспертам надо)  иллюстрация: что же происходит между структурами, когда туда входит наш межструктурный модулятор Имбаверт.

Да,   самба-огурамба там происходит! Под управлением дирижёра= командного вещества.

 

* Посоветовался с ИИ: я неправильно понял термин суперэллипсоид:

Изогнутые тела типа «банана» описываются не как суперэллипсоиды, а как искривлённые эллипсоиды (bent ellipsoids) или криволинейные тела вращения, у которых ось вращения сама является не прямой, а кривой. Это скорее относится к семейству «warped surfaces» или «swept solids», но не к суперфигурам Ламе.

Таким образом:

Суперэллипсоид — симметричное тело вращения, не изогнутое.

Искривлённый эллипсоид (банан) — результат деформации или искривления оси симметрии, поэтому не является суперэллипсоидом.

Термин warped surface корректно переводится как искривлённая поверхность или технически более точно — линейчатая неразвёртывающаяся поверхность.
В контексте геометрического моделирования это обозначает поверхность, не лежащую в одной плоскости и имеющую одну или несколько изогнутых линий направления (в отличие от «плоских» или «развёртывающихся» поверхностей).

Термин swept solid на русском обычно передают как вынесённое тело или тело, полученное перемещением профиля. Это фигура, образованная движением сечения (например, круга или эллипса) вдоль заданной кривой. Иногда в инженерной графике и компьютерной геометрии употребляют также выражение тело, образованное протяжением профиля по траектории.

Таким образом:

warped surface — «искривлённая (линейчатая) поверхность»;

swept solid — «тело, образованное перемещением профиля по траектории».

Простой пример:
если «протащить» круг вдоль изогнутой линии, получится изогнутая трубка или «бананоподобный» объект.

Эх! А, ведь, на форуме есть грамотные люди, способные объяснить про искривлённые тела - эллипсоиды. Вона, как порой замысловато, но, учёно излагают:

В 18.10.2025 в 12:09, podlyinarod сказал:

Угол прямоугольной комнаты - это линия схождения двух стен.

Только, вроде, работают не бесплатно:

В 18.10.2025 в 18:46, podlyinarod сказал:

Только за дополнительную плату.

Изменено 25 Октября, 2025 в 10:15 пользователем Имбалюр

[Имбаверт]

В 25.10.2025 в 13:12, Имбалюр сказал:

swept solids

       =     сметенные твердые частицы. Может тогда лучше: twist?  Идиома, что ли со сметёнными?