Ionizace slabých polyelektrolytů v polozředěných roztocích a při vzájemném propletení řetězců

• Thesis title in Czech: Ionizace slabých polyelektrolytů v polozředěných roztocích a při vzájemném propletení řetězců
• Thesis title in English: Ionization of weak polyelectrolytes in the semidilute and entangled regimes
• Key words: polyelektrolyt, ionizace, polozředěný režim, entanglement, molekulové simulace, Monte Carlo, Molekulová dynamika, Reakční soubor
• English key words: polyelectrolyte, ionization, semidilute regime, entanglement, molecular simulation, Monte Carlo, Molecular dynamics, Reaction ensemble
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: Ing. Lucie Nová, Ph.D.

Preliminary scope of work

V sytémech slabých polyelektrolytů je souvislost mezi jejich ionizací a morfologií komplikovaná a je ovlivňována externími podmínkami jako je pH, iontová síla a koncentrace polymeru. Zatímco rozsáhlé studie objasňují jejich chování ve zředěných roztocích, porozumění jejich charakteristik v polozředěném a koncentrovaném režimu zůstává v současném výzkumu neprobádanou mezerou. Cílem této práce je přispět k porozumnění této dosud málo probádané oblasti pomocí molekulových simulací.
Náplní této práce bude studium chování systémů slabých polyelektrolytů v souvislosti s pH, iontovou silou a architekturou polymeru. Výsledkem bude analýza škálování velikosti polymerního řetězce s koncentrací a stupněm ionizace při daném pH a iontové síle. Tyto výsledky budeme porovnávat s výsledky získanými z rozptylových metod a s teoretickými předpověďmi ze škálovacích teorií.
V této práci budeme využívat Monte Carlo simulace, Molekulovou dynamiku a Reakční soubor. V případě zájmu bude student/ka moci aktivně přispět k vývoji používané metodologie.

Preliminary scope of work in English

The relationship between ionization and morphology in weak polyelectrolyte systems is complex and is influenced by external conditions such as pH, ionic strength, and polymer concentration. While extensive studies have clarified the behavior of weak polyelectrolytes in dilute solutions, understanding their characteristics in the semidilute and concentrated regimes remains an unexplored gap in current research. The aim of this work is to contribute to the understanding of this under-researched area using molecular simulations.
This work will focus on the study of the behavior of weak polyelectrolyte systems in relation to pH, ionic strength, and polymer architecture. The results will be analysis of the scaling of polymer chain size with concentration and degree of ionization at given pH and ionic strength. These results will be compared with findings from scattering methods and theoretical predictions from scaling theories.
In this work, we will use Monte Carlo simulations, Molecular dynamics, and Reaction ensemble methods. If interested, the student will also have the opportunity to actively contribute to the development of the methodologies used.