جلسه دفاع از رساله دکتری (آقای مجید رضایی)

فارسی

موضوع: بررسی تأثیر قطبیت سطوح نرم و سخت بر رفتار پدیده الکتروکینتیک با استفاده از روش دینامیک مولکولی
ارائه دهنده:  مجیـد رضائی
اساتید راهنما: دکتر احمدرضا عظیمیان،  دکتر احمدرضا پیشه ­ور
استاد مشاور: دکتر احمد محب
اساتید داور: دکتر ابراهیم شیرانی،  دکتر حسین فرخ­ پور،  دکتر سید مهدی واعظ علائی
چکیده
در پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه­ سازی­های دینامیک مولکولی به بررسی ویژگی­های پدیده الکتروکینتیک در مجاورت سطوح صلب و نرم پرداخته شده است. برای این منظور، با تغییر در ویژگی­های اساسی سیستم شبیه­ سازی، از جمله چگالی بار سطحی مجرا، این پدیده در طیف وسیعی از شرایط حاکم بر مسئله شبیه ­سازی شده و با استفاده از نتایج به دست آمده از این شبیه­ سازی­ ها، برخی خواص الکترواستاتیک و هیدرودینامیک سیستم در دو ناحیه توده سیال، و مرز اشتراک سیال-جامد استخراج شدند. از جمله خواص مورد بررسی در این پژوهش می­توان به نحوه توزیع یون­ها در ناحیه دوگانه الکتریکی، ثابت دی­الکتریک محلول الکترولیت، پتانسیل سیستم برای ایجاد پدیده­های وارونگی بار الکتریکی و فراپوشش، تحرک الکترواسموتیک محلول الکترولیت، منحنی تغییرات لزجت محلول، و ویژگی­های مرتبط با لغزش جریان بر روی سطح مجرا اشاره کرد. بررسی­ های ما نشان می ­دهند که این ویژگی­ ها در بازه­ هایی از چگالی بار سطحی مجرا منحصر به فرد بوده و می­ توانند به عنوان شاخص­ه ایی برای مشخصه­ یابی رفتار پدیده الکتروکینتیک مورد استفاده قرار گیرند. بر این اساس، چهار رژیم الکتروکینتیک بر مبنای اندازه چگالی بار الکتریکی ذخیره شده بر روی سطح مجرا تعریف شدند. نتایج حاصل از شبیه­ سازی­ های ما نشان می­ دهند که مرزهای میان این رژیم­ ها می ­توانند تحت تأثیر شرایط حاکم بر سیستم به سمت بارهای سطحی کوچک­تر و یا بزرگ­تر جابجا شوند، اما ویژگی­ های کلی این رژیم­ ها، به جز مواردی محدود، همواره معتبر بوده و وابسته به شرایط شبیه ­سازی سیستم نیستند. از مهم­ترین موارد استثناء می­توان به سیستم حاوی گروه ­های آب­ دوست بر روی سطح مجرا و اتم ­های هالوژن در محلول الکترولیت اشاره کرد. در این سیستم ­ها، شکل­ گیری پیوندهای هالوژنی بر روی سطح مجرا منجر به تغییر خواص سطحی مجرا و ویژگی­های محلول الکترولیت شده و رفتار الکتروکینتیک سیستم را به شدت تحت تأثیر قرار می­ دهد. نتایج به دست آمده از شبیه­ سازی­ های ما نشان می­ دهند که در چنین شرایطی، پدیده الکتروکینتیک ناشی از تجمع یون­ های هالوژن بر روی سطح مجرا به شکل­ گیری یک جریان الکترواسموتیک نسبتاً قوی در یک مجرای فاقد بار الکتریکی سطحی خالص منجر می­شود. از دیگر اهداف دنبال شده در این پژوهش می ­توان به اصلاح نظریه­ های کلاسیک موجود برای توصیف ناحیه دوگانه الکتریکی و معرفی دامنه اعتبار این نظریه­ ها اشاره کرد. بررسی­ های صورت پذیرفته در این پژوهش نشان دادند که بر خلاف ادعای نظریه گراهام و سایر نظریه ­های موجود در این زمینه، یون­ های موجود در لایه خارجی هلمهولتز متحرک بوده و می­ توانند در شکل­ گیری جریان الکترواسموتیک ایفای نقش کنند. صرف نظر کردن از این واقعیت می­تواند شرایط مرزی سیستم را به کلی تغییر داده و پیش­ بینی مدل­ های تحلیلی مبتنی بر این نظریه­ ها را از جهت جریان شکل­ گرفته در سیستم دست خوش تغییر کند. بررسی­ های ما نشان دادند که در محلول­ های بسیار رقیق، برخی از جنبه ­های پدیده الکتروکینتیک از آن­چه در نظریه ­های کلاسیک بیان شده تبعیت می ­کنند و در مقابل، در محلول­ های بسیار غلیظ، اصول ارائه شده در رژیم­ های الکتروکینتیک پیشنهاد شده در این پژوهش کاملاً برقرارند. بر این اساس، دو رژیم محلول الکترولیت رقیق و غلیظ، و یک رژیم گذار بر مبنای غلظت نمک محلول در سیال معرفی شدند. در ادامه، با استفاده از خواصی که در غیاب میدان الکتریکی از شبیه ­سازی­ های دینامیک مولکولی استخراج شدند، معادلات حاکم بر سیستم، یعنی معادلات پواسون-بولتزمن و استوکس، به صورت همزمان برای یک محلول غلیظ در تماس با یک سطح صلب به منظور پیش­ بینی رفتار جریان الکترواسموتیک در حضور یک میدان الکتریکی خارجی حل شدند. نتایج حاصل نشان دادند که این معادلات قادر به ارائه یک تصویر دقیق از تغییرات تحرک الکترواسموتیک محلول الکترولیت با چگالی بار سطحی مجرا نیستند، مگر آن که فاکتورهای مهمی نظیر تغییرات مکانی لزجت در مجاورت سطح باردار، خاصیت غیرهمسانگرد محلول در حضور یک میدان الکتریکی، وابستگی خواص محلول به غلظت نمک و قدرت میدان الکتریکی، تأثیر برهم کنش­ های غیرالکترواستاتیک ذرات بر سطح انرژی آزاد یون­ ها، جذب مخصوص یون ­ها بر روی سطوح با بار سطحی بسیار زیاد، و وجود لغزش بر روی سطح مجرا به نوعی در روند حل معادلات وارد شوند.

مکان: 

سمینار1 دانشکده مهندسی مکانیک

تاریخ: 

چهارشنبه, بهمن 24, 1397 - 13:30

نوع رویداد: 

سمینار علمی

عکس: 

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی