بررسي حضور نانو ذره درون حفرات كروي باردار بر تراكم مويينگي، رقابت يون ها درجذب انتخابي وظرفيت لايه ي دوگانه الكتريكي با استفاده از DFT

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

در اين رساله تاثير به دام افتادن يك نانوذره درون حفره¬ي كروي بر رفتار سيالات و الكتروليت¬ها با استفاده ازبهترين نسخه¬ي نظريه¬ي تابعي چگالي، نظريه¬ي مقادير بنيادين اصلاح شده مطالعه شده است. مدل مورد بررسي در اين رساله مي¬تواند اطلاعات ارزشمندي راجع به غشاهاي مصنوعي نيمه¬تراوا و نانوكپسول¬هاي حاوي دارو در سيستم دارورساني و رهايش دارو ارائه بدهد. از طرفي الكتروليت¬هاي محدودشده در نانوحفرات الكترود متخلخل مي¬تواند در طراحي و ساخت ابرخازن¬ها حائز اهميت باشد. نتايج نشان مي¬دهد كه در يك حفره¬ي كروي سخت شامل سيال كره¬ي سخت در حضور نانوذره¬، به دليل اثر انتروپي، ذره¬ي كوچك ترجيح مي دهد در كنار ديواره¬ي حفره قرار بگيرد. در حفرات كروي با ديواره¬هاي جاذب سيال لناردجونز تمايل ذره¬ي كوچك به قرار گرفتن در مركز حفره بيشتر است. براي مقايسه در مدل ديگري فرض شد كه ذره در مركز حفره¬ي كروي ثابت شده است و به اين ترتيب تاثير متحرك يا ثابت بودن ذره بر خواص سيال مطالعه شد. نتايج نشان مي¬دهد كه چگالي متوسط سيال كره¬ي سخت در حفره¬ي كروي سخت در حضور ذره¬ي متحرك و ثابت شده در مركز حفره با افزايش اندازه¬ي ذره¬ي كوچك، كاهش مي¬يابد و مقدار آن براي سيستم با ذره¬ي ثابت شده، به دليل ناهمگني شديد و اينكه ذره¬ي ثابت نقش ديوار خواهد داشت، بيشتر است. در مورد سيال لنارد جونز در هر دو مدل شامل ذره¬ي متحرك و ثابت شده در مركز حفره با افزايش اندازه¬ي ذره¬ي كوچك به دليل عامل انرژي چگالي متوسط كاهش مي¬يابد. پديده¬ي ديگري كه در اين رساله بررسي شد تراكم مويينگي سيال در حفره¬ي كروي در حضور ذره بود كه مشاهده شد كه ذره¬ي ثابت شده در مركز حفره باعث مي¬شود كه اين انتقال فاز در پتانسيل¬هاي شيميايي كمتري نسبت به حفره¬ي كروي در حضور ذره¬ي متحرك و بدون حضور ذره اتفاق ¬افتد. تبديل فاز در حفره با حضور ذره¬ي ثابت، در واقع به دليل ناهمگني شديد در چگالي سيال محدودشده در پتانسيل شيميايي كمتري نسبت به دو مورد قبل اتفاق مي¬افتد. در اين رساله اثر حضور ذره¬ي متحرك باردار در يك حفره¬ي كروي باردار بر مقدار بار خالص يوني درون حفره و ظرفيت ويژه¬ي انتگرالي بر اساس مدل محدود شده بررسي شده¬است. نتايج نشان مي¬دهد كه ميزان بار خالص يوني درون حفره به بار و اندازه¬ي ذره¬ي متحرك، حفره و همچنين غلظت يون¬ها در توده بستگي دارد. اگر بار ذره¬ي متحرك و پتانسيل اعمالي به ديواره¬ي حفره هم¬علامت باشند، قدرمطلق بار خالص يوني در حفره با افزايش اندازه¬ي ذره در تمام محدوده¬ي پتانسيل الكتريكي به دليل تاثير حجم مستثني شده ناشي از حضور ذره كاهش مي¬يابد و مقدار آن از حفره¬ي بدون ذره¬ي متحرك كمتر است. در حالي¬كه قدر مطلق بار خالص يوني و ظرفيت ويژه¬ي انتگرالي در حفره در حضور ذره¬ي متحرك با باري مخالف با بار ديواره¬ي حفره، در محدوده¬اي از پتانسيل¬هاي الكتريكي كم، به دليل چگالي كم گونه¬هاي يوني و تاثير بيشتر بار ذره، از قدر مطلق بار خالص يوني در حفره¬ كروي كه ذره¬ايي در آن وجود ندارد بيشتر است. اين محدوه با افزايش غلظت و كاهش انحناي حفره كاهش مي¬يابد. در نهايت، جذب يون¬ها به داخل حفره در حضور ذره در غلظت¬هاي مختلف براي پيش¬بيني ميزان انتقال يون از ديوار حفره بررسي شد. همچنين رقابت بين دو يون مثبت با بارهاي مختلف (A^+ و C^(+2)) و اندازه¬ي يكسان در جذب در حفره¬ي كروي باردار در چهارچوب مدل اوليه¬ي محدودشده مورد بررسي قرار گرفت. در رقابت بين يون¬هاي مثبت براي ورود به داخل حفره، در اثر اضافه كردن الكتروليت نامتقارن به الكتروليت متقارن، شكل منحني ظرفيت نامتقارن شده و در پتانسيل¬هاي الكتريكي كم عامل غلظت نقش دارد. در حالي كه در پتانسيل¬هاي الكتريكي زياد هر دو عامل بار و غلظت در جذب يون¬هاي مثبت با بار بيشتر تاثير دارد. همچنين در غلظت¬هاي توده¬اي كم، انتخابگري در پتانسيل¬هاي الكتريكي كمتر اتفاق مي افتد و با افزايش پتانسيل الكتريكي به دليل بيشتر بودن بار يون¬هاي C^(+2) و برهم¬كنش بيشتر با ديواره، جايگزين يون¬هاي A^+ مي¬شود. اين جايگزيني باعث تغيير علامت در پتانسيل زتا و شكل منحني ظرفيت نفوذ مي¬شود. در اين رساله با استفاده از مدل محدودشده و حل معادله¬ي پويسون، عبارت تحليلي براي پتانسيل الكتروستاتيكي متوسط سيستم حفره¬ي كروي تودر تو به¬دست آمد و اثرات انحنا و ويژگي¬هاي الكتروليت بر ظرفيت ويژه¬ي انتگرالي و قدر مطلق بار خالص يوني بررسي شده است.

219078

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان