بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد فراوان مخلوط سیالات قطبی در باتريهاي الکترو شیمیا یی از جمله آب و متانول دینامیک مولکولی سبب می شود تا به بررسی اثرات بار الکتریکی سطحی بر نحوه توزیع چگالی این مخلوط مخلوط آب- متانول پرداخته شود. به علت قطبیت دو مولکول آب و متانول و تمرکز بار متفاوت در آنها اثرات سطح باردار الکتریکی خارجی تاثیر ویژهاي بر این مخلوط میگذارد. این نتایج ما را در ارتقاء عملکرد دولایه باردار سلولهاي سوختی یاري میکند .
در مقاله حال حاضر مخلوط آب- متانول با چگالی محدود به دو سطح گرافن با روش دینامیک مولکولی و به کمک نرمافزار لمپس شبیه سازي شده است. سطوح گرافن در حالات خنثی، بارهاي سطحی مثبت و منفی تاریخ برگزاري: و ترکیبی از آنها شبیه سازي شده و نمودار چگالی مخلوط، آب و متانول استخراج شده است. با بررسی نتایج به دست آمده مولکولهاي آب تمایل بیشتر به تمرکز در نزدیکی سطح با بارمثبت و فاصله گرفتن از سطح با بار منفی دارند. متانول نیز خواصی مشابه آب از خود نشان می دهد و به علت عدم تقارن در توز یع بار و تمرکز کمتر بار منفی در اتم اکسیژن مولکول متانول نسبت به مولکول آب، واکنش ضعیفتري به بار سطحی از خود نشان میدهد و به گونهاي آب در این مخلوط نقش تعیین کنندهتري ایفا میکند
-1 مقدمه
متانول ساده ترین و بعد از متان بیشترین ماده موجود در جو است که به طور گسترده به عنوان حلال و سوخت جایگزین استفاده می شود. مخلوط آب- متانول خواص کاملا متفاوتی نسبت به حالت خالص خود نشان میدهد . متانول از دو قسمت متیل - CH3 - آبگریز و هیدروکسیل - OH - که آبدوست است، تشکیل شده؛ بنابراین انتظار می رود که مولکولهاي آب و متانول همدیگر را منحرف کنند و خواص ویژه اي به وجود آورند.
ماتسوموتو و همکاران [1] تنش سطحی مایع- بخار مخلوط آب- متانول با ترکیبات مختلف را به کمک شبیه سازي کامپیوتري دینامیک مولکولی - MD - 1 بدست آورن د. آنها بیان کردند که متانول روي سطح تمایز مایعبخار- قرار میگیرد. فراریو و همکاران [2] و لاکسونن و همکاران [3] الگوي پیوند- هیدروژنی مخلوط را از ساختار و د ینامیک این مخلوط در مقیاس مولکولیمورد مطالعه قرار داد ند . آزمایش تفکیک نوترون توسط سوبر و فینی [4] نیز تمایل متانول به جدا شدن از سیال راتایید کردند.
جیو و همکاران [5] هم با آزمایش طیف بینی تابش اشعه ایکس دریافتند که این دو سیال با هم مخلوط نمی شوند. همچنین سربلیس و همکاران [6] به روش دینامیک مولکولی نشان دادند که در این مخلوط متانول تمایل دارد در سطوح تماس مایع-بخار و مایع - جامد تمرکز کند. این مطالعات کمک می کنند تا درك کلی از ترکیب آب- متانول دریافت شود و اینکه آب- متانول یک مخلوط همگن نیست. گرافن2 نیز از جمله موادي است که به دلیل ویژگی هاي منحصر به فردش از جمله مقاومت زیاد در برابر حرارت، رسانندگی الکتریکی و گرمایی فوقالعاد و تحرك پذیري حامل هاي بار در آن، مورد توجه بسیاري از محققان قرار گرفته است 7]، .[8
گرافن ورقه اي دو بعدي از اتم هاي کربن در یک پیکربندي شش ضلعی - لانه زنبوري - می باشد. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتمهاي کربن تشکیل میشوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند برقرار می کند. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایاي بین آنها با یکدیگر مساوي و برابر با 120œ استدر. این حالت، اتم هاي کربن در وضعیتی قرار میگیرند که شبکه اي از شش ضلعیهاي منتظم را در حالت ایده آل ایجاد کنند - شکل . - 1 طول پیوند کربنکربن- در گرافن در حدود 0,142 ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ است .[9]
شکل - - 1 ساختار مولکولی گرافن[9]
از آنجایی که بار الکتریکی خارجی باعث تغییر در جهتگیري مولکولهاي قطبی آب و متانول میشود، تعداد پیوندهاي هیدروژنی داخل محلول تحت تاثیر قرار گرفته و تاثیراتی بر نحوه قرارگیري اتمها و توزیع آنها در مخلوط میگذارد . در این مقاله با اعمال این تغییرات و اﺳﺘﺨﺮاج نمودار چگالی مخلوط این اثرات را مورد بررسی قرار می گیرند. در ابتدا به معرفی مدلهاي مولکولی آب و متانول پردا خته و سپس پتانسیلهاي پیوندي و غیرپیوندي مورد استفاده در شبیه سازي معرفی میشوند. پس از آن اطلاعات مربوط به شبیه سازي سیستم و زمان اجرا ارائه میشود . در نهایت نیز به ارائه نتایج و تحلیل آنها پرداخته می شود.
