Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Asadinejad
احمد اسدی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Samira Foroutan
سمیراء فروتن

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Study on Behavior of Poly- (2-ethyl 2-oxazoline) Chain near Pure Graphene Nanosheet and Functionalized Graphene Nanosheet using Molecular Dynamics Simulation
Molecular-scale study on polymer chains behavior in the vicinity of nano-reinforcements has been drawn into focus by researchers due to its influence on macroscopic properties. Such a study by experimental means requires much time and expensive equipment, besides having instrumental and operator errors. This has stimulated theoretical research using computational means based on simulation methods such as molecular dynamics (MD). In current work, the aim is to simulate poly (2-ethyl-2-oxazoline), which is an aliphatic semiflexible polyester using MD, near graphene nanosheet. Graphene nanosheet was of square geometry with 20 nm dimension, while poly (2-ethyl-2-oxazoline) was simulated in three different chain lengths (number of monomers), 10, 20, 30. All simulations were carried out for 10 ns under three different temperatures, 300, 350, 400 K. Graphene nanosheets were studied in pure and functionalized forms, where functionalization was performed using hydroxyl and carboxyl groups. Energy diagrams variation against time revealed equilibration of the simulated systems. MD snapshots showed conformational change of polymer chain upon interacting with graphene nanosheets. Van der Waals interactions were found to be the predominant interactions. Polymer chain was adsorbed onto graphene as a result of interactions, where folded polymer chain adopted a flat arrangement parallel with graphene plane, so that the polymer chain end-to-end vector remained parallel with graphene plane. An increase in temperature led to an increase in polymer chain mobility and conformational order. Such an order is also enhanced for the system with functionalized graphene. Gyration radius was also found to increase when the polymer chain approached the graphene nanosheet. Mean-square-displacement of polymer chain decreased as the polymer chain became near to graphene. Keywords : poly (2-ethyl-2-oxazoline); molecular dynamics simulation; graphene nanosheet
مطالعه ی رفتار زنجیر های پلیمری با پر کننده نانویی در مقیاس میکروسکوپی در دهه ی اخیر به دلیل تأثیر قابل ملاحظه ای که در خواص ماکروسکوپی نهایی نانو کامپوزیت های حاصل از آن ها دارند، مورد توجه پژوهشگران و پژوهشگران در حوزه ی شیمی و فیزیک قرار گرفته است. از آنجا که دستیابی به اطلاعات دقیق در سطح اتمی با انجام آزمایش های تجربی به زمان زیادی نیاز دارد، هزینه ی زیادی را نیز به خود اختصاص می دهد. همچنین گاهی ساخت، تهیه و حتی استفاده از دستگاه و مواد مورد نیاز برای انجام آزمایش ها مشکلات را مضاعف می کند، همچنین خطای ابزار ها و دستگاه هاو یا خطا های انسانی در هنگام آزمایش بر مشکلات می افزاید، لذا استفاده از روش های مبتنی بر شیمی محاسباتی دارای برتری های ویژه ای است.از جمله این روش ها، روش دینامیک مولکولی است که امکان بررسی بر هم کنش ها و رفتار مولکول ها را با استفاده از نرم افزار های مختلف تسهیل نموده است. در این پژوهش که با هدف شبیه سازی دینامیک مولکولی پلی (2- اتیل 2- اکسازولین) که یک پلیمر آلیفاتیک خطی با زنجیر نیمه منعطف است، انجام شده است. رفتار یک زنجیر پلیمری با 10،20و 30 واحد تکراری در حضور گرافن و گرافن عاملدار شده با ابعاد20 20 نانومتر مربع در سه دمای 300، 350و 400 کلوین در مدت ده نانوثانیه بررسی شد. عکس های فوری در لحظات مختلف از 18 سامانه بررسی شده، و بر هم کنش های بین مولکولی و درون مولکولی نشان از تغییر صورتبندی زنجیر داشته، که عمدتاً به دلیل شیمی مولکول ها، از نوع واندروالس است. صورتبندی تعادلی زنجیری که جذب سطحی شده است به لحاظ شکل فضایی، زنجیر تا خورده بوده که وابسته به هندسه پرکننده نانویی است. در مورد سامانه حاوی نانو صفحه ی گرافن و نانو صفحه ی گرافن عاملدار شده، این زنجیر تا خورده به صورت دو بعدی مسطح است. در تمامی سامانه ها بردار انتها تا انتها ی زنجیر پلیمری در وضعیت نهایی آن، تقریباً موازی با بردار نرمال بر گرافن قرار می گیرد. نظم فضایی قرار گیری زنجیر پلیمرو همچنین قابلیت تحرک اتم های آن در کنار پر کننده های نانویی، به دلیل افزایش انرژی اتم های زنجیر، با افزایش دمای سامانه، افزایش داشته است. افزایش طول پیوند گرافن عاملدارشده با هیدروکسیل و کربوکسیل که زنجیر پلیمری برهم کنش قوی تری با آن نسبت به گرافن خالص دارد منجر به افزایش نظم فضایی و کاهش ناهمگونی ساختار زنجیر جذب سطحی شده می گردد. در خصوص شعاع ژیراسیون زنجیر، دیده می شود که با نزدیکی زنجیر به پرکننده های نانویی، شعاع ژیراسیون به طور تقریبی افزایش می یابد. همچنین کاهش ضریب نفوذ و کاهش مشخصه ی نظم زنجیر به دلیل بزرگ تر شدن طول زنجیر خواهیم داشت. مقایسه نتایج میان زنجیر پلیمر در مجاورت گرافن خالص و گرافن عاملدار شده نشان می دهد که نظم فضایی زنجیر در نزدیکی گرافن عاملدار شده، به طور نسبی بالاتر از گرافن خالص است. کلمات کلیدی : پلی (2- اتیل 2- اکسازولین)-شبیه سازی دینامیک مولکولی-نانوصفحه ی گرافن

ارتقاء امنیت وب با وف بومی