عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی دینامیک مولکولی بنزن محدود شده در فضای نانومتری بین صفحات گرافنی
- رشته تحصیلی
- علوم وفناوری نانو- نانو شیمی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5165;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59902
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- علی رضا کیانی دوست
- استاد راهنما
- حسن به نژاد
- چکیده
- درک خواص سیالاتی که در تماس با سطوح جامد مسطح هستند و سیستم محدود شده به شمار می آیند، نقش اساسی و مهمی را در بسیاری از فرآیندها و پدیده ها همچون چسبندگی، روغن کاری (روان سازی)، پوشش، اصطکاک (سایش)، پخش، کروماتوگرافی، غشاهای جداسازی، قطعات الکترونیکی و... دارد. با توجه به اینکه تعداد مولکول های کمی در ناحیه محدود قرار می گیرد، کارهای تجربی بر روی سیالات محدود شده بسیار مشکل است، از این رو در کار حاضر جهت مطالعه رفتار بنزن محدود شده بین صفحات گرافن از شبیه سازی دینامیک مولکولی در شرایط همدما و هم فشار استفاده شد. در این روش دما و مولفه موازی فشار ثابت نگه داشته می شود و فاصله عمودی بین دو صفحه جهت رسیدن به تعادل تغییر داده می شود. در این روش سیستم فیزیکی با یک ترموستات در دمای ثابت، T0 و یک باروستات در فشار موازی ثابت P، طبق روش برندسن وهمکارانش جفت می‌شود. به منظور محاسبه خواص بنزن محدود شده، با تعداد مولکول های مختلفی از بنزن کار می کنیم. با تغییر تعداد مولکول ها، فاصله بین دوصفحه نیز تغییر می کند. در مجموع 9 سیستم که هر کدام شامل دو صفحه گرافن با 680 اتم کربن و تعداد متفاوتی از مولکول های بنزن به ترتیب شامل 375 ،300 ،275 ،200 ،175 ،150 ،125 ،100 ،80 بود، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که نیروی حلال پوشی با تغییر فاصله بین صفحات، تغییر می کند و رفتاری نوسانی دارد، در سیستم هایی که تعداد مولکول و در نتیجه فاصله بین صفحات کم است بیشینه آن متناسب با چگونگی تشکیل ساختارهای لایه ای منظم از مولکول های محدودشده می‌باشد وچگالی موضعی نسبی (نسبت به توده) مولکول های بنزن تابعی از فاصله بین ورقه‌های گرافن است و نزدیک دیواره ها شدت قله های چگالی بیشتر ونشان دهنده اثرات لایه‌ای بیشتر است و با دور شدن از دیواره ها این اثرات ضعیف تر می شود وشدت قله‌ها کاهش می‌یابد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که مولفه موازی ضریب نفوذ مرکز جرم نیز، با تغییر فاصله بین دو صفحه، رفتاری نوسانی دارد که کمینه آن، متناسب با چگونگی تشکیل ساختار های لایه ای منظم است و بیشینه آن در فواصل بیشتر صفحات اتفاق می افتد و تشکیل لایه نامنظم می شود، به عبارتی دیگر با افزایش فاصله بین صفحات و وجود ناهمگنی بیشتر تمایل مولکول های بنزن به خروج از لایه ها بیشتر می شود.
- Abstract
- Understanding the properties of fluids at the interface between a Flat solid plays a central role in many technologically important phenomena such as adhesion, lubrication, coating, friction, spreading, chromatography, membrane separation, electronic device, etc. The experimental works on the confined fluids are very difficult to perform, due to the existence of only a small amount of material in the confined region. The molecular dynamics simulation with coupling to an external bath is used to simulate nanoconfined benzene between graphene sheets. We keep the temperature and parallel component of pressure fixed and change in the prependicular direction between the confining graphene sheets to achieve equilibrium. In this simulation method, the temperature and the parallel component of pressure are kept fixed and simulation carried out in NAPT ensemble. For this purpose, the system is coupled to a thermostat at a fixed temperature, T_0 and is coupled to a barostat at a fixed parallel component of pressure, P_? according to the method of Berendsen et al. To calculate properties of confined benzene molecules as a function of surface separation, we increased the number of confined molecules. A total of nine systems, with varying number of molecules, were simulated in this work, systems containing: 80,100,125,150,175,200,275,300,375 benzene molecules and 680 carbon atoms per graphene sheets. The solvation force shows oscillations with the slit width, with maxima at surface separations corresponding to well-formed layers, the number density of confined benzene molecules, and stepwise variation of the benzene numbers as a function of distance between the confining graphene sheets. Our results on the center-of-mass diffusion coefficient of confined molecules show that the parallel component of diffusion coefficient shows oscillatory behavior with local minima at distances corresponding to well-formed structures and local maxima at distances corresponding to distances at which the well-formed layers cannot develop due to incommensurability with the slit width.
