مطالعه برهمكنش مخلوط مواد فعال سطحي و نانوصفحات گرافني با استفاده از شبيه سازي ديناميك ملكولي

دكتري

نامحلول بودن گرافن در محيط¬هاي آبي يك محدوديت براي كاربردهاي عملي اين ماده بي نظير است. يك روش موثر براي تهيه سوسپانسيون¬هاي پايدار گرافن، عامل¬دار كردن غيركووالانسي گرافن با كمك مواد فعال سطحي مي¬باشد. جذب فيزيكي مواد فعال سطحي برروي سطوح گرافن مرحله مهمي در پراكنده كردن نانوصفحات گرافن در محيط آبي است. درك مكانيسم جذب و خودتجمعي مواد فعال سطحي برروي سطح گرافن اهميت زيادي براي بهينه¬سازي بهتر فرآيند پراكندگي گرافن دارد. به اين منظور در اين رساله، از شبيه¬سازي¬هاي ديناميك ملكولي تمام اتمي و بزرگ مقياس براي بررسي ساختار تجمعات مواد فعال سطحي روي سطح گرافن در سه سيستم مختلف شامل مخلوط مواد فعال سطحي كاتيوني و آنيوني، مخلوط مواد فعال سطحي كاتيوني و آنيوني در حضور الكتروليت و مواد فعال سطحي دوقلو، استفاده شده است. نتايج به¬دست آمده از سيستم¬هاي محتوي مخلوط مواد فعال سطحي نشان داد كه مورفولوژي تجمعات موادفعال سطحي برروي گرافن به تعداد مواد فعال سطحي در جعبه شبيه¬سازي وابسته است و با افزايش غلظت مواد فعال سطحي، مدل جذب سطحي تصادفي به تدريج به مدل جذب تك لايه¬اي و سپس به مدل شبه كره¬اي تبديل مي¬شود. همچنين برهم¬كنش¬ها بين دو تجمع گرافن-مخلوط مواد فعال سطحي با محاسبه پتانسيل نيروي ميانگين بين آن¬ها بررسي و به وضوح مشخص شد كه افزايش پوشيدگي سطح مواد فعال سطحي منجر به تقويت سد دافعه پتانسيل نيروي ميانگين مي¬شود. اين بررسي مي¬تواند راهنمايي براي كاربردهاي جديد مخلوط مواد فعال سطحي، انتخاب مناسبي از مخلوط مواد فعال سطحي ديگر جهت پراكنده كردن گرافن و نيز بهينه¬سازي فرآيند پراكندگي گرافن باشد. نتايج حاصل از شبيه-سازي در سيستم¬هاي مخلوط مواد فعال سطحي در حضور الكتروليت نشان داد كه افزايش قدرت يوني الكتروليت باعث تقويت كشش مواد فعال سطحي جذب شده روي گرافن به سمت فاز آبي مي¬شود كه اين منجر به انبساط حجمي آشكار در ساختار ميسل¬هاي شبه كره¬اي و پايداري بيشتر سوسپانسيون¬هاي آبي گرافن مي¬شود. در حقيقت اثر پوششي يون¬هاي الكتروليت بروي دافعه الكتروستاتيك مابين گروه¬هاي سر باردار مواد فعال سطحي سبب نزديك شدن گروه¬هاي سر به همديگر شده كه منجر به تجمع متراكم¬تر مواد فعال سطحي برروي سطح گرافن شده است. يافته¬هاي حاصل از شبيه¬سازي در سيستم¬هاي محتوي مواد فعال سطحي دوقلو نيز نشان داد كه مورفولوژي تجمعات تشكيل شده برروي سطح گرافن تحت تاثير ساختار ماده فعال سطحي است و مواد فعال سطحي دوقلو به دليل نوع ساختارهاي تجمعي¬شان، در پايدار كردن سوسپانسيون¬هاي آبي نانوصفحات گرافن موثرتر هستند.

192215

دانشگاه علم و صنعت ايران

شيمي فيزيك

دكتر بهشته سهرابي