23674

شبيه سازي ديناميك مولكولي عبور آب و نمك از نانولوله هاي كربني با استفاده از نرم افزار NAMD

كارشناسي ارشد

فيزيك حالت جامد

96

1399/8/30

روح الله عبدالوهاب

ادريس فيض آبادي

فيزيك

در اين پژوهش با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي عبور آب و آب به همراه يون از نانولوله‌هاي كربني مورد بررسي قرار گرفته است. سيستم شبيه‌سازي شامل 4 نانولوله (6،6) به طول 13.4 و قطر حدود 8.1 آنگستروم است كه در دو طرف اين نانولوله‌ها دو جعبه آب قرار گرفته است. اين شبيه سازي در سه فاز عبور آب از نانولوله و عبور آب در فشارهاي مختلف، كنترل ميزان عبور آب با استفاده از باردار كردن نانولوله و بررسي شباهت نانولوله‌ها به كانال‌هاي زيستي و سپس بررسي عبور يون هاي NA+ و CL- از نانولوله كربني از نانولوله‌ها انجام شده است. در وهله اول ميزان عبور آب از نانولوله‌ها در دو حالت اعمال فشار و بدون فشار هيدرواستاتيكي انجام شد و سپس در 3 حالت با پخش ميزان 1 كولن مثبت و منفي از بار الكترواستاتيكي به ميزان عبور و جريان آب و همچنين جهت دوقطبي آب در نانولوله‌ها بررسي شد و با اضافه شدن 10 يون سديم و 10 يون كلريد به آب ميزان ورود و خروج مولكول‌هاي آب ، ميزان عبور يا ورود و خروج يون ها از نانولوله بررسي شد. در حالت اول ميزان ورود مولكول‌هاي آب به نانولوله‌ها بالا اما بخاطر وجود تعادل، جريان مولكول‌هاي آب صفر بوده سپس با اعمال فشار هيدرواستاتيكي در راستاي +z مقدار عبور بالا و جريان در راستاي فشار اعمال شده مشاهده شده است. در بخش دوم با اعمال بار الكتريكي با توجه به وجود نيروي الكترواستاتيكي بين بارهاي اعمالي بر كربن‌هاي منتخب در نانولوله، جهت گيري ثابت و مشخص مولكول‌هاي آب مشاهده شد كه همين جهت‌گيري خاص نشان از 1-شباهت يك نوع از اين سيستم‌ها با كانال‌هاي زيستي و 2-جلوگيري يك مولكول آب در نقطه مشخص از به جريان اندازي زنجيره آب درون نانولوله به دليل كنترل بالا براي ورود و عدم عبور مولكول آب را مي‌دهد. در بخش سوم نيز با دفع كامل و صد در صد يون ها از ورود به نانولوله‌ها حتي با اعمال فشار مشاهده شد.

1400/02/04

Molecular dynamics simulation of water and salt conduction through carbon nanotubes using NAMD- software

1/1/1900 12:00:00 AM

In this research, molecular dynamics simulation of the passage of water and water with ions through carbon nanotubes has been investigated. The simulation system consists of 4 nanotubes (6, 6) with a length of 13.4 and a diameter of about 8.1 angstrom. In addition, there are two boxes of water on both sides of nanotubes. This simulation was performed in three phases which consisting of water passage through the nanotube, controlling the water passage rate by charging the nanotube and the similarity of nanotubes to biological channels and then investigating the passage of Na + and Cl- ions through the carbon nanotube. First of all, the rate of water passage through the nanotubes was applied in two modes of hydrostatic pressure and then 4 modes by distributing 1 positive and negative coulomb of electrostatic charge to the rate of water flow in the nanotubes was evaluated. Additionally, by adding ten of Na+ and Cl- to water, The rate of entry and exit of water molecules and ions from carbon nanotubes was investigated. In the first case the rate of entry of water molecules into the nanotubes was high, but due to the equilibrium, the flow of water molecules was zero. Then, by applying hydrostatic pressure in the + z direction, a high pass value and current in the applied pressure were observed. In the second case, by applying an electric charge due to the electrostatic force between the charges applied to the selected carbon in the nanotube, a fixed and specific orientation of water molecules was observed, which shows: 1-the similarity of one of this systems to biological channels, and 2-prevention of a water molecule from flowing in the nanotube. In the third part, it was observed that ions were completely removed from entering the nanotubes, even by applying pressure.

شبيه‌سازي ديناميك مولكولي , نانولوله‌هاي كربني , كانال‌هاي زيستي , يون‌هاي سديم و كلريد , فشارهيدرواستاتيكي

Molecular dynamics simulation , carbon nanotubes , biological channels , Na+ and Cl- ions , hydrostatic pressure