بررسي تاثير خواص لايه پلي الكتروليتي بر انتقال يون در نانوكانال‌هاي مخروطي شكل

كارشناسي ارشد

به دليل عدم تقارن هندسي در نانوكانال‌ها/ نانوحفرات مخروطي، آن‌ها داراي ويژگي‌هاي الكتروسينتيكي بسيار جذاب از جمله گزينش‌پذيري يوني، پلاريزاسيون غلظت يوني و اصلاح جريان يوني هستند. به دليل ويژگي‌هاي جالب در اصلاح و يكسوسازي جريان يوني، اخيراً نانوكانال‌هاي مخروطي پوشيده شده از لايه پلي‌الكتروليتي يا همان لايه نرم مورد توجه قرار گرفته‌اند. در مدل‌سازي نانوكانال‌هاي نرم معمولاً فرض مي‌شود كه خواص لايه نرم و الكتروليت يكسان هستند‌، كه اين فرض براي لايههاي نرم با دانسيته بار بالا صحيح نيست. در كار حاضر، تأثير اختلاف خواص مرز مشترك لايه نرم- الكتروليت بر اصلاح جريان يوني در نانوكانال‌هاي نرم مخروطي مورد مطالعه قرار گرفت. براي اين منظور، با اتخاذ يك رويكرد محاسبات عددي به روش المان محدود، معادلات پواسون-نرنست-پلانك و ناوير-استوكس با در نظر گرفتن مقادير مختلف گذردهي، ضريب نفوذ و ويسكوزيته ديناميكي براي پلي‌الكتروليت و الكتروليت، براي حالت پايا حل گرديد. مدل با مقايسه نتايج داده‌هاي نظري و تجربي موجود مورد تأييد قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اختلاف خواص (گذردهي، ضريب نفوذ و ويسكوزيته ديناميكي) مرز مشترك لايه نرم-الكتروليت منجر به بهبود قابل توجهي بر فاكتور اصلاح جريان يوني، به ويژه در غلظت‌هاي كم و متوسط توده شد. براي نمونه زماني كه غلظت توده برابر با c_0=1 mM، فاكتور اصلاح جريان يوني براي نانوكانال نوع اول از مقدار 1.13 در شرايط η_ε=η_μ=η_D=1 به مقدار 7.78 در شرايط η_ε=η_D=0.25,η_μ=10 مي‌رسد. اين نه تنها اهميت در نظر گرفتن خواص مختلف براي لايه نرم و الكتروليت را برجسته مي‌كند بلكه نشان داد كه رفتار اصلاح جريان نانوكانال‌ها ممكن است با استفاده از لايه نرم متراكم‌تر بهبود يابد. در بخش دوم پژوهش درحالت توليد توان با استفاده از الكترودياليز معكوس هنگامي كه دانسيته بار لايه نرم برابر با 100 mol.m^(-3) و ضخامت لايه نرم برابر با 8 nm است ميزان دانسيته توان توليد شده توسط سامانه برابر با مقدار 51.5 W/m^2 مي‌باشدكه تقريباً سه برابر مقدار دانسيته توان توليد شده در نانوكانال مخروطي شكل فاقد لايه نرم است.

194315

دانشگاه علم و صنعت ايران

فرآيندهاي جداسازي

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده - دكتر آرمان صادقي