بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تاثیر اندازه نانو ذرات طلا روي ساختار، دینامیک و گذار شیشه اي مایع لنارد جونز دوتایی به روش شبیه سازي دینامیک مولکولی در آنسامبل کاننی مورد بررسی قرار گرفته است. حضور نانو ذره تاثیر مستقیم روي ساختار مایع لنارد جونز میگذارد و باعث کاهش ارتفاع قله ها و عمق دره ها در تابع توزیع شعاعی جفتهاي AA,BB,AB,CB وAC می شود. ذرات A تمایل به تشکیل لایه در اطراف نانو ذره در سیستم BLJ+GNP13 دارند و ذرات B از سطح آن دور میشوند
در حالی که با افزایش سایز نانو ذره، ذرات B نیز تمایل به تشکیل لایه در اطراف نانو ذره میدهند. در نتیجه آن در دماهاي بالا نانو ذره کوچکتر سریعتر حرکت میکند ولی در دماهاي پایین حرکت آن نسبت به نانوذره بزرگتر کمتر میشود. در هر سه سیستم سرعت حرکت پخشی ذرات B بیشتر ازA است و با افزایش سایز نانو ذره این اثر شدت می یابد. دماي گذار بدست آمده بر اساس تیوري جفت شدگی مدها با افزایش سایز نانو ذره کاهش میابد.
مقدمه
نانوذرات بعنوان بلوکهاي سازنده علم نانو و فناوري نانو داراي خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر بفردي نسبت به مواد حجیم هستند. علت این تفاوت در نسبت سطح به حجم بالاي این ذرات است. حرکت نانوذرات در مواد پلیمري و مایعات چگال پیشتر بررسی شده است.[1,2,3,4]
دینامیک نانوذرات طلا درون مایعات شیشه اي به سبب کاربرد آن در پزشکی و صنعت از اهمیت زیادي برخوردار است.[5] مواد شیشه اي با سرد کردن سریع مایعات زیر دماي ذوب حاصل میشود. مایع لنارد جونز دوتایی یک مدل استاندارد براي شبیه سازي موادي است که با سرد شدن وارد فاز شیشه اي میشوند. ساختار و دینامیک این مایع با کاهش دما به طور کامل بررسی شده است.[6] پیش از این در یک تحقیق تاثیر نانوحفرهاي ثابت روي خواص فیزیکی این مایع در حین سرد شدن مورد بررسی قرار گرفته است.
در این میان ما به
بررسی تاثیر نانو ذره طلا رو ساختار و دینامیک این مایع در فضاي حقیقی پرداخته ایم .[9] در همین راستا ما به بررسی ساختار و دینامیک مایع لنارد جونز دوتایی در حضور نانو ذره طلابا سایزهاي متفاوت در حین سرد شدن مایع و وارد شدن به فاز ابر سرد شده پرداخته ایم. نتایج این کار میتواند راههاي جدیدي در توسعه دانش ما درباره اینکه مولکولها چطور در مایعات ابر سرد شده حرکت میکنند باز کند.
توصیف سیستم و روش شبیه سازي
سیستم بررسی شده در این کار شامل 800 ذره از نوع A و 200 ذره از نوع B با جرمهاي می شود که در
دو سیستم مجزا در حضور دو 1سایز متفاوت نانو ذره طلا یکی با 13اتم طلا و قطر تقریبی یک نانومتر و دیگريبه با 55 اتم طلا قطر تقریبی دو نانومترباشد می . سیستمی که در آن نانوذره وجود ندارد را به اختصار با KABLJ، سیستمی که شامل نانو ذره با 13 اتم طلا است را با BLJ+GNP13 و سیستمی با 55 اتم طلا را با BLJ+GNP55 دهیمنشان می . تمام ذرات درحجممکعبی با و ثابت به طول لبه ي به ترتیب قرار دارند. شرط مرزي دوره اي براي از بین بردن اثرات سطحی مورد استفاده قرار گرفته است. برهمکنش بین
ذرات از جنس لنارد- جونز است: در این رابطه اندیسهاي ونشان دهنده نوع ذرات A، B و C می باشند. مقادیر پارامترهاي پتانسیل براي هر سه نوع ذره در جدول 1 آورده شده است. براي به دست آوردن پارامترهاي بر
همکنشی ذرات A و B با اتمهاي طلا از قاعده ي لورنتس برتولت استفاده شده است. پتانسیلها در فاصله ي قطع و به بالا انتقال داده شده اند. در ادامه تمام نتایج در واحدهاي کاهش یافته
.
BLJ گزارش شده اند یعنی طول بر حس ، انرژي بر حسب
و زمان و دما به ترتیب بر حسب می باشند. شبیه سازي در آنسامبل کاننی با/48استفاده از نرم افزارε /k
جدول: 1 پارامترهاي برهمکنشهاي بین ذرات A،B وC
RUMD که بر اساس دینامیک مولکولی تعادلی می باشد، انجام شده است. ترموستات نوز-هوفر براي ثابت نگه داشتن دما مورد استفاده قرار گرفته است بازه دمایی مورد بررسی در این کار بین می باشد. چگالی ثابتذرات A و B مقدار 1. 2/σ را در هر سه سیستم دارد. جزییات بیشتر شبیهمشاهدهسازي در [9] قابل است
نتایج
به منظور بررسی تاثیر افزایش سایز نانو ذره روي ساختار، توابع توزیع شعاعی جفتهاي متفاوت براي سیستم هاي KABLJو BLJ+GNP13 و BLJ+GFNP55 مورد بررسی قرار گرفته اند. افزایش سایز نانوذره در تابع توزیع جفتهاي AA, BB و ABتنها باعث کم شدن عمق دره ها و ارتفاع پیکها می شودو شکل کلی آنها مشابه KABLJ است .[6] آنچه در اینجا از اهمیت بیشتري برخوردار است نمودار تابع توزیع جفتهاي CAو CB است که واکنش بین ذرات A و B با نانوذره را نشان میدهد.
شکل 1 توابع توزیع را براي سیستمهاي BLJ+GNP13 وBLJ+GNP55 را درمیدهددماي T=0.45 نشاندو . در هر سیستم ذرات A یک لایه در اطراف نانو ذره تشکیل میدهند.
مقالهنامه کنفرانس فیزیک ایران
موقعیت اولین قله در gcA نزدیک به σ است و با افزایش سایز در دماهاي پایین حرکت آن نسبت به نانوذره بزرگتر کمتر میشود. نانوذره ارتفاع آن کمتر میشود. اما در gCB اولین قله در نزدیکی در صورتی که انتظار میرود در تمام دماها نانوسریعترذرهکوچکتر σ با افزایش سایز نانوذره افزایش می یابد این اثر به تمایل ذرات حرکت کند. علت این رفتار ریشه در تمایلیلذرات B به تشک B براي حضور در اولین لایه در اطراف نانو ذره مربوط میشود.
همچنین از این نمودارها مشخص
شکل :1 تابع توزیع شعاعی جفتهاي AC وCB در سیستمهاي BLJ+GNP13
میشود که با افزایش سایز نانو ذره ساختار اطرافسیستم در نانوذره سازمان یافته تر میشود و پکیدگی محلی در اطراف آندر و پوسته اول بیشتر میشود. در اطراف نانوذره کوچکتر فقط ذرات A حضور دارند ولی در اولین لایه در اطراف نانوذره بزرگتر هر دو نوع ذره را میتوان مشاهده کرد.
در شکل 2 ضریب پخش ذرات A، B و C که از برازش خطی
منطقه مربوط به حرکت پخشی در نمودارمربع میانگین جابجاییها بدست آمده بر حسب دما رسم شده است. حرکت پخشی ذرات A و B درهر سه سیستم با کاهش دما، کاهش و باسایزافزایش نانو ذره افزایش یافته است. حرکت پخشی ذرات نانو کمی متفاوت است. در دماهاي بالا نانو ذره کوچکتر سریعتر حرکت میکند ولیشکل 2 ضریب پخش ذرات A، B و C در تمام دماها در سیستم هاي BLJ ، لایه در اطراف نانو ذره بزرگتر نسبت به نانوذره کوچکتر است. با کاهش دما تعداد ذرات B که تندتر حرکت میکنند در اطراف نانو ذره بزرگتر بیشتر میشود و به حرکت آن کمک میکند.
تیوري جفت شدگی مدها یکی از تیوریهاي موفق در زمینه توضیح رفتار دینامیکی مایعات ابر سرد شده در نزدیکی دماي گذار کهTC بین دماي ذوب و دماي گذار شیشه اي است،اساسمی باشد
