Skip to main content
SUPERVISOR
عزت کشاورزی (استاد راهنما) غلامعلی منصوری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad Kamalvand
محمد کمالوند

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383
In this thesis, the density profile of a hard sphere fluid around various hard and soft spheres has been studied using a well-established version of the density functional theory called “modified fundamental measure theory”. The results obtained from this study show that an increase in the size of the central molecule leads to both an enhanced density profile at the contact point and an amplified layering structure. Similar effects can be observed when attraction between original and bulk molecules increases. Another finding of the present study is that increasing the size of the central molecule has a quasi-attractive role of an entropic origin called ‘depletion potential’. Since the molecule is not very large, the depletion potential can be mapped in a hard core with an attractive Yukawa tail. In addition, the structure and configurational properties of hard spheres confined in a nanoslit with hard and structureless walls are studied using the density functional theory. For this purpose, the local chemical potentials of various hypothetical and real structures are obtained for a hard sphere fluid confined within a nanoslit. The inhomogeneity in some of these local chemical potentials originates from the tendency of the system to maximize its density in the vicinity of walls. In a later stage, comparisons are made among the configurational entropies of these different structures. Our results show that the prohibition of the walls leads to decreased entropy of the confined fluid, which is due to a decrease in the number of configurations for confined molecules. Therefore, to compensate for this entropy decrease, the confined fluid selects an inhomogeneous structure. The inhomogeneous layering structure of the confined fluid allows a greater average free volume for the molecules, which in turn may lead to an increase in the entropy. Along this line, the fundamental measure density functional results, represented in this work, indicate the happening of a layering phase transition in hard sphere fluid confined in a nano-slit with hard and structureless walls which has wholly entropic origin. In addition, in this thesis, the perturbative fundamental measure density functional theory is used to study energy effects on the structure and properties of a hard core two-Yukawa fluid confined in a nanoslit. Our results show how the structure and phase transition of the nano-confined fluids will change as a result of energy effects. Finally, the structure and phase diagram of a Lennard-Jones fluid confined in a single wall carbon nanotube (SWCNT) are studied using perurbative Tarazona-Rosenfeld DFT. The obtained results show how the structure and phase transition of the Lennard-Jones fluid confined in a SWNT are affected seriously by confinement effects.
در این رساله، با استفاده از یک نسخه‌ی بسیار کارامد از نظریه‌ی تابعی چگالی (نظریه‌ی مقادیر بنیادین) توزیع چگالی سیال کره‌ی سخت پیرامون کره‌های سخت و نرم گوناگون محاسبه شده است. این نتایج نشان می‌دهند که افزایش قطر مولکول مرکزی مایه‌ی افزایش چگالی در نقطه‌ی برخورد و نیز افزایش دامنه‌ی نوسان‌های توزیع چگالی و ویژگی لایه‌ای ساختار در اطراف مولکول مرکزی می‌شود. این رفتار، هنگامی که جاذبه‌ی بین مولکول مرکزی و مولکول‌های سیال افزایش یابد نیز مشاهد می‌شود. یافته‌‌ی دیگر این بررسی‌ها آن است که افزایش قطر مولکول مرکزی همانند یک نیروی جاذبه عمل می‌کند. این نیرو که سرچشمه‌ی انتروپی دارد، با نام نیروی تهی‌شدگی شناخته شده است. مادامی‌که قطر مولکول مرکزی از چند برابر قطر مولکول‌های سیال تجاوز نکند، این پتانسیل تهی‌شدگی را می‌توان در یک مدل پتانسیل کره‌ی سخت با دنباله‌ی یوکاوا برازش کرد. همچنین، در این رساله، ساختار و خواص پیکربندی یک سیال کره‌ی سخت که درون یک نانوحفره‌ی شیاری با دیواره‌های سخت و بدون ساختار محدودشده است، با استفاده از نظریه‌ی مقادیر بنیادین بررسی شده است. برای این منظور، پتانسیل شیمیایی موضعی چند ساختار فرضی و واقعی سیال کره‌ی سخت که درون یک نانوحفره‌ی شیاری محدودشده، مورد بررسی قرار گرفته است. ناهمگنی تعدادی از این پتانسیل‌های شیمیایی نشان‌دهنده‌ی تمایل مولکول‌ها برای گردآمدن در کناره‌ی دیواره‌ها است. در مرحله‌ی بعدی، انتروپی ساختاری سیال کره‌ی سخت محدودشده درون نانوحفره‌ی شیاری با ساختارهای فرضی و واقعی گوناگون بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که حجم مستثنی شده در کناره‌ی دیواره‌ها سبب می‌شود تعداد پیکربندی‌های ممکن برای سامانه کاهش یابد که نتیجه‌ی آن، کاهش انتروپی سامانه است. بنابراین، سیال برای جبران این کاهش انتروپی، ساختار ناهمگن را برمی‌گزیند. ساختار ناهمگن و لایه‌ای سیال محدودشده، به مولکول‌هایی که در فاصله‌های دورتر نسبت به دیواره قرار گرفته‌اند، اجازه‌ می‌دهد فضای بزرگ‌تری در دست‌رس داشته باشند که نتیجه‌ی آن افزایش تعداد پیکربندی‌ها و در نهایت افزایش انتروپی سیال محدودشده است. در همین راستا، نتایج به‌دست آمده با استفاده از نظریه‌ی مقادیر بنیادین نشان می‌دهند که یک گذار فاز لایه‌ای شدن در سیال کره‌ی سخت محدودشده درون یک نانوحفره‌ی شیاری با دیواره‌های سخت و بدون ساختار رخ می‌دهد که سرچشمه‌ی آن، به‌طور خالص، انتروپی سامانه است. همچنین، در این رساله، با استفاده از نظریه‌ی مقادیر بنیادین اختلالی، اثر دیواره‌ها بر انرژی سامانه‌ی محدودشده بررسی شده است. برای این منظور، از سیال دو-یوکاوایی که درون نانوحفره‌های شیاری با دیوار‌های گوناگون محدودشده‌، استفاده شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهند که چگونه ساختار و خواص ترمودینامیکی سیال محدودشده به‌وسیله‌ی اثرات انرژی دست‌خوش تغییر قرار می‌گیرند. در نهایت، با استفاده از نظریه‌ی تابعی چگالی اختلالی تارازونا-روزنفلد، ساختار و گذار فاز سیال لنارد-جونز محدودشده درون یک نانولوله‌ی کربنی تک‌دیواره بررسی شده است. نتایج این بررسی به‌خوبی نشان می‌دهند که نمودار فازی سیال محدودشده بسیار پیچیده است و علاوه بر دما، فشار و چگالی، به برهم‌کنش دیواره-سیال، برهم‌کنش‌های بین مولکولی و قطر نانولوله نیز وابستگی شدیدی نشان می‌‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی