بررسي تاثير خواص لايه پلي¬الكتروليتي بر انتقال يون در ريزكانال هاي دوقطبي

كارشناسي ارشد

زماني كه هر دو نوع بار مثبت و منفي در سطح ريزكانال وجود داشته باشد، سامانه را ريزكانال دوقطبي يا اصطلاحاً ديود يوني دو قطبي نيز مي‌نامند. ريزكانال دوقطبي درجه يكسوسازي خيلي بالايي نسبت به ريزكانال تك قطبي كه با هندسه نامتقارن ( همانند مخروطي) دارد زيرا در حالت جريان برگشتي، جرياني نزديك به صفر عبور مي¬دهد .در مدل‌سازي نانوكانال‌هاي نرم دوقطبي معمولاً فرض مي‌شود كه خواص لايه نرم و الكتروليت يكسان هستند‌، كه اين فرض براي لايههاي نرم با دانسيته بار بالا صحيح نيست. در كار حاضر، تأثير اختلاف خواص مرز مشترك لايه نرم- الكتروليت بر اصلاح جريان يوني در نانوكانال‌هاي نرم دوقطبي استوانه‌اي مورد مطالعه قرار گرفت. براي اين منظور، با اتخاذ يك رويكرد محاسبات عددي به روش المان محدود، معادلات پواسون-نرنست-پلانك و ناوير-استوكس با در نظر گرفتن مقادير مختلف گذردهي، ضريب نفوذ و ويسكوزيته ديناميكي براي پلي‌الكتروليت و الكتروليت، براي حالت پايا حل گرديد. مدل با مقايسه نتايج داده‌هاي نظري موجود مورد تأييد قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اختلاف خواص (گذردهي و ضريب نفوذ) مرز مشترك لايه نرم-الكتروليت منجر به بهبود قابل توجهي بر فاكتور اصلاح جريان يوني، به ويژه در غلظت‌هاي بالاتر از 5 mM الكتروليت شد. براي نمونه زماني كه غلظت توده برابر با c_0=10 mM، فاكتور اصلاح جريان يوني براي نانوكانال استوانه دوقطبي با لايه نرم از مقدار 695 در شرايط η_ε=η_μ=1,η_D=2 به مقدار 134300 در شرايط η_ε=η_D=0.6 ,η_μ=2 مي‌رسد. اين نه تنها اهميت در نظر گرفتن خواص مختلف براي لايه نرم و الكتروليت را برجسته مي‌كند بلكه نشان داد كه رفتار اصلاح جريان نانوكانال‌ها ممكن است با استفاده از لايه نرم متراكم‌تر بهبود يابد. در بخش ديگر پژوهش به بررسي رفتار انتقال يون در سامانه‌اي كه خواص لايه نرم به صورت غيرمتقارن مي‌باشد، پرداخته شده است. نتايج نشان داد در غلظت هاي كم الكتروليت مقدار بيشينه يكسوكنندگي بر خلاف گفته‌هاي پيشين در شرايط متقارن رقم نميخورد و در شرايطي كه ضخامت و دانسيته لايه نرم منفي بيشتر از لايه نرم مثبت باشد اين اتفاق مي¬افتاد.

208697

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي-گرايش فرايند هاي جداسازي

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده