بررسي تاثير هندسه نانوكانال بر رفتار يون‌گزيني نانوكانال‌هاي نرم

كارشناسي ارشد

نانوكانال‌هاي نامتقارن به دليل عدم تقارن، داراي ويژگي‌هاي الكتروسينتيكي بسيار جذاب از جمله يون‌گزيني، يكسوسازي جريان يوني و پلاريزاسيون غلظتي يوني هستند. به دليل ويژگي‌هاي يون‌گزيني و‌ يكسوسازي جريان يوني، اخيراً نانوكانال‌هاي نامتقارن پوشيده شده با لايه پلي‌الكتروليت مورد توجه قرار گرفته‌اند. در كار حاضر، تأثير هندسه نانوكانال‌هاي نامتقارن (شيپوري، مخروطي، گلوله‌اي و سيگاري) و متقارن (استوانه‌اي) بر يون‌گزيني و يكسوسازي جريان يوني در نانوكانال‌هاي نرم براي حالت‌هاي با در نظر گرفتن اثر جدايش يوني و بدون در نظر گرفتن اثر جدايش يوني 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 مورد نظر با مقايسه نتايج داده‌هاي شبيه‌سازي موجود مورد تأييد قرار گرفت. نتايج نشان داد كه: 1- فاكتور يون‌گزيني براي نانوكانال استوانه در ولتاژهاي اعمالي V_app=+1V و V_app=-1V تقريبا برابر است. 2- فاكتور يون‌گزيني نانوكانال‌هاي نامتقارن در ولتاژهاي اعمالي V_app=+1V و V_app=-1V از ترتيب S_Trumpet>S_Conical>S_Bullet>S_Cigar پيروي مي‌كند. 3- فاكتور يكسوسازي جريان يوني براي نانوكانال استوانه تقريبا برابر با واحد است. 4- در غلظت‌هاي پايين توده، فاكتور يكسوسازي جريان يوني از ترتيب R_(f_Cigar )>R_(f_Bullet )>R_(f_Conical )>R_(f_Trumpet ) و براي غلظت‌هاي بالا توده از ترتيب R_(f_Bullet )>R_(f_Cigar )>R_(f_Conical )>R_(f_Trumpet ) پيروي مي‌كند. براي نمونه زماني كه غلظت توده برابر با c_0=20 mM و دانسيته بار لايه نرم برابر با N_PEL/N_A=80 mol/m^3 است، فاكتور يون‌گزيني براي نانوكانال شيپوري در ولتاژ اعمالي V_app=+1V از مقدار 0.56 در شرايط η_ε=η_μ=η_D=1 به مقدار 0.83 در شرايط η_ε=η_D=0.4,η_μ=6 مي‌رسد، همچنين فاكتور يكسوسازي جريان يوني براي نانوكانال گلوله‌اي از مقدار 3.35 در شرايط η_ε=η_μ=η_D=1 به مقدار 5.78 در شرايط η_ε=η_D=0.4,η_μ=6 مي‌رسد. اين اهميت در نظر گرفتن اختلاف خواص لايه نرم و الكتروليت در افزايش دقت مدل و تاثير آن بر بهبود فاكتور يون‌گزيني و يكسوسازي را برجسته مي‌كند.

206688

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

سيد نظام الدين اشرفي زاده