شماره راهنما :
1397 دكتري
پديد آورنده :
رضائي، مجيد
عنوان :
اثر چگالي بار سطحي بر پديده الكتروسينتيك: اصلاحيه اي جديد به نظريه كلاسيك بر مبناي يافته هاي ديناميك مولكولي
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هجده، 164ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
احمدرضا عظيميان، احمدرضا پيشه ور
توصيفگر ها :
پديده الكتروسينتيك , جريان الكترواسموتيك , ناحيه دوگانه الكتريكي , معادلات پواسون-بولتزمن و استوكس , ديناميك مولكولي
استاد داور :
ابراهيم شيراني، مهدي واعظ علائي، حسين فرخ پور
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/03/25
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/03/25
چكيده فارسي :
1 چکیده در پژوهش حاضر با استفاده از شبیهسازیهای دینامیک مولکولی به بررسی ویژگیهای پدیده الکتروسینتیک در مجاورت سطوح صلب و نرم پرداخته شده است برای این منظور با تغییر در ویژگیهای اساسی سیستم شبیهسازی از جمله چگالی بار سطحی مجرا این پدیده در طیف وسیعی از شرایط حاکم بر مسئله شبیهسازی شده و با استفاده از نتایج به دست آمده از این شبیهسازیها 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 بررسیهای ما نشان میدهند که این ویژگیها در بازههایی از چگالی بار سطحی مجرا منحصر به فرد بوده و میتوانند به عنوان شاخصهایی برای مشخصهیابی رفتار پدیده الکتروسینتیک مورد استفاده قرار گیرند بر این اساس چهار رژیم الکتروسینتیک بر مبنای اندازه چگالی بار الکتریکی ذخیره شده بر روی سطح مجرا تعریف شدند نتایج حاصل از شبیهسازیهای ما نشان میدهند که مرزهای میان این رژیمها میتوانند تحت تأثیر شرایط حاکم بر سیستم به سمت بارهای سطحی کوچکتر و یا بزرگتر جابجا شوند اما ویژگیهای کلی این رژیمها به جز مواردی محدود همواره معتبر بوده و وابسته به شرایط شبیهسازی سیستم نیستند از مهمترین موارد استثنا میتوان به سیستم حاوی گروههای آبدوست بر روی سطح مجرا و اتمهای هالوژن در محلول الکترولیت اشاره کرد در این سیستمها شکلگیری پیوندهای هالوژنی بر روی سطح مجرا منجر به تغییر خواص سطحی مجرا و ویژگیهای محلول الکترولیت شده و رفتار الکتروسینتیک سیستم را به شدت تحت تأثیر قرار میدهد نتایج به دست آمده از شبیهسازیهای ما نشان میدهند که در چنین شرایطی پدیده الکتروسینتیک ناشی از تجمع یونهای هالوژن بر روی سطح مجرا به شکلگیری یک جریان الکترواسموتیک نسبتا قوی در یک مجرای فاقد بار الکتریکی سطحی خالص منجر میشود از دیگر اهداف دنبال شده در این پژوهش میتوان به اصالح نظریههای کالسیک موجود برای توصیف ناحیه دوگانه الکتریکی و معرفی دامنه اعتبار این نظریهها اشاره کرد بررسیهای صورت پذیرفته در این پژوهش نشان دادند که بر خالف ادعای نظریه گراهام و سایر نظریههای موجود در این زمینه یونهای موجود در الیه خارجی هلمهولتز متحرک بوده و میتوانند در شکلگیری جریان الکترواسموتیک ایفای نقش کنند صرف نظر کردن از این واقعیت میتواند شرایط مرزی سیستم را به کلی تغییر داده و پیشبینی مدلهای تحلیلی مبتنی بر این نظریهها را از جهت جریان شکلگرفته در سیستم دستخوش تغییر کند بررسیهای ما نشان دادند که در محلولهای بسیار رقیق برخی از جنبههای پدیده الکتروسینتیک از آنچه در نظریههای کالسیک بیان شده تبعیت میکنند و در مقابل در محلولهای بسیار غلیظ اصول ارائه شده در رژیمهای الکتروسینتیک پیشنهاد شده در این پژوهش کامال 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 شبیهسازیهای دینامیک مولکولی استخراج شدند معادالت حاکم بر سیستم یعنی معادالت پواسون بولتزمن و استوکس به صورت همزمان برای یک محلول غلیظ در تماس با یک سطح صلب به منظور پیشبینی رفتار جریان الکترواسموتیک در حضور یک میدان الکتریکی خارجی حل شدند نتایج حاصل نشان دادند که این معادالت 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 برهمکنشهای غیرالکترواستاتیک ذرات بر سطح انرژی آزاد یونها جذب مخصوص یونها بر روی سطوح با بار سطحی بسیار زیاد و وجود لغزش بر روی سطح مجرا به نوعی در روند حل معادالت وارد شوند کلمات کیدی 1 پدیده الکتروسینتیک 2 جریان الکترواسموتیک 3 ناحیه دوگانه الکتریکی 4 معادالت پواسون بولتزمن و استوکس 5 دینامیک مولکولی
چكيده انگليسي :
Surface Charge Density Effects on The Electrokinetic Phenomena a New Modification to the Classic Theory Based on Molecular Dynamics Findings Majid Rezaei Majid Rezaei@me iut ac ir Date of Submission 2019 2 13 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree PhD Language Farsi1st Supervisor Ahmadreza Azimian Azimian@cc iut ac ir2nd Supervisor Ahmadreza Pishevar Apishe@cc iut ac irAdvisor Ahmad Moheb Ahmad@cc iut ac irAbstract This dissertation focuses on the hydrodynamic and dielectric properties of symmetric aqueous electrolytesolutions to evaluate the electrokinetic phenomena at either the solid silicon surfaces or the soft bilayermembranes through the Molecular Dynamics simulations Our results show that the Graham model which isthe most widely used model for describing the EDL structure faces some errors in its predictions of anelectrokinetic fluid transport Therefore some modifications are presented to this model introducing anindependent outer Helmholtz layer that does not fully comply with the characteristics of a compact layer OurMD results are also used to investigate the effects of the surface charge density on different features of thesystem in terms of the ion distribution the electroosmotic mobility viscosity of the hydrodynamic interfaciallayer the probability of charge inversion and both the local and the apparent slip lengths The insights of thesesimulations gave rise to the definition of four different regimes based on the magnetude of the surface chargedensity through which ions displace first from the diffuse layer to the outer Helmholtz layer and subsequentlyto the hydrodynamically stagnant inner Helmholtz layer These regimes are found to be valid regardless of typeand properties of either the electrolyte solution or the charged surface The only exception is when the systemcontains both hydrophilic groups at the channel surface and halogen atoms dissolved in the electrolyte solution In such system the halogen bonding at the surface provides an additional surface charge density whichdeviates the system from the proposed electrokinetic regimes Our MD simulations have been also combinedwith numerical solution of a modified Poisson Boltzmann equation coupled with the Stokes equation toreproduce the non monotonic variation of the electroosmotic mobility with the surface charge density whichwas previously obtained from MD simulations Our calculations revealed that such non monotonic variationsare mainly originated by the local spatial variations of the fluid viscosity in the vicinity of a charged surface Keywords Electrokinetic regimes Electroosmotic mobility EDL structure Molecular Dynamics Poisson Boltzmann
استاد راهنما :
احمدرضا عظيميان، احمدرضا پيشه ور
استاد داور :
ابراهيم شيراني، مهدي واعظ علائي، حسين فرخ پور
