مدل‌‌سازي اثر اندازه يوني بر روي پتانسيل جرياني در نانوكانال‌‌هاي نرم

كارشناسي ارشد

در سال‌‌هاي اخير استفاده از نانوكانال‌‌هاي نرم براي بهبود پديده‌‌هاي الكتروسينتيكي از جمله پتانسيل جرياني محور مطالعات گسترده‌‌اي بوده‌‌است. در مدل‌‌سازي‌‌هاي صورت گرفته، يون‌‌ها و ذرات باردار به صورت بار مؤثر نقطه‌‌اي فرض شده‌‌اند. در اين پژوهش براي اولين بار مدل‌‌سازي پتانسيل جرياني درون نانوكانال نرم با در نظر گرفتن اندازه يون‌‌ها انجام شده‌‌است. بدين منظور از رابطه پواسون-بيكرمن براي تعيين توزيع يون‌‌ها درون نانوكانال نرم استفاده شد و تأثير اندازه مؤثر يون‌‌ها با فاكتور فضايي در روابط بيان گرديد. روابط حاصل براي جريان محلول الكتروليت متقارن در نانوكانال شياري با ديواره پوشيده شده از لايه پلي‌‌الكتروليت، كه به عنوان نانوكانال نرم شناخته مي‌‌شود، به صورت عددي و نيمه-تحليلي حل شدند. طبق نتايج حاصل شده، با افزايش دانسيته عددي بارهاي ثابت درون لايه پلي‌‌الكتروليت از N^*=1 تا N^*=10، كه موجب افزايش پتانسيل الكتريكي ψ^* در عرض نانوكانال تا 60 واحد مي‌‌شود، خطاي ناشي از در نظر نگرفتن اندازه يون‌‌ها در محاسبه تمامي مقادير از جمله پتانسيل جرياني، افزايش مي‌‌يابد. بررسي اين موضوع با تغيير فاكتور فضايي از ν=0 كه بيانگر نقطه‌‌اي بودن بارها است تا ν=0.2 نشان دهنده يون‌‌هاي بزرگتر است، انجام شده‌‌است. اين خطا به دليل تراكم زياد يون‌‌ها در مجاورت ديواره نانوكانال ايجاد مي‌‌شود كه گاهي باعث كاهش فاصله يون‌‌ها به مقداري كم‌‌تر از شعاع يوني مي‌‌شود، هرچند كه اين موضوع عملاً غير ممكن است. با در نظر گرفتن اندازه يون‌‌ها از چنين تراكمي جلوگيري مي‌‌شود. ضمناً با افزايش اندازه يون‌‌ها عرض بيش‌‌تري از نانوكانال در راستاي حركت از ديواره به سمت مركز تحت تأثير پتانسيل الكتريكي قرار مي‌‌گيرد. همچنين مشاهده شد براي مقادير متوسط دانسيته عددي بارهاي ثابت درون لايه نرم، با افزايش اندازه يون‌‌ها، پتانسيل جرياني افزايش مي‌‌يابد. چنين افزايشي در پتانسيل جرياني، موجب افزايش 40 درصدي كارايي تبديل انرژي مكانيكي به الكتريكي در مقدار N^*=4.25 براي سامانه مي‌‌شود. كليدواژه‌‌ها: پتانسيل جرياني، نانوكانال نرم، اندازه يوني، تبديل انرژي الكتريكي-شيميايي-مكانيكي

191053

دانشگاه علم و صنعت ايران

فرآيندهاي جداسازي

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده - دكتر آرمان صادقي