عوامل موثر بر ترابرد آب در اتصالات نانولوله های کربنی

پژوهش های اخیر نشان می دهند که ترابرد آب در نانولوله های کربنی بسیار سریع است. یکی از مهمترین دلایل برای این پدیده، هموار بودن نمودار انرژی برهم کنش آب با دیواره ی نانولوله ی کربنی است. نانولوله های کربنی در عمل ممکن است کامل هموار نباشند. این ویژگی می تواند به دلیل بروز نواقص ساختاری در هنگام ساخت و یا به صورت عمدی برای تهیه نانوکانال هایی با کاربردهای خاص ایجاد شود. در این پژوهش، ما با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی به بررسی سیستماتیک اثر زبری و میزان ترشوندگی دیواره بر ترابرد آب در نانولوله های کربنی ناهموار پرداختیم. در مدل ما نانولوله ی کربنی آرمچیر (10و10) به عنوان مرجع انتخاب شده و به نانولوله هایی با قطر بزرگتر ولی با طول یکسان متصل می شود و این الگو به تناوب و به دفعات دلخواه تکرار می شود. افزون بر اثر زبری دیواره، میزان ترشوندگی نانولوله نیز عامل مهمی است که با تغییر پارامتر برهم کنش شاره-دیواره قابل تنظیم است. نتایج ما نشان می دهد که ضریب اصطکاک شاره-دیواره در نانولوله های ناهموار نسبت به نانولوله های هموار افزایش می یابد و همچنین، با افزایش زبری در نانولوله ها (افزایش دامنه یا کاهش طول موج) ضریب اصطکاک نیز روندی افزایشی را نشان می دهد، در حالی که طول لغزش کاهش پیدا می کند. افزون بر این، مشاهده کردیم که با کاهش پارامترهای برهم کنشی و در نتیجه آب گریز شدن نانولوله ها ضریب اصطکاک شاره-دیواره در مقایسه با حالت آب دوست کاهش می یابد. سرانجام، از بررسی اطلاعات بدست آمده از شبیه سازی های انجام شده، بینش مفیدی از ساختار تعادلی آب و وابستگی کمیت هایی چون ضریب اصطکاک شاره- دیواره، گرانروی آب و بالاخره طول لغزش، به میزان ترشوندگی و زبری نانولوله کربنی بدست آورده ایم. ضمن آن که بررسی نتایج مربوط به مرحله نخست، یعنی پر شدن نانولوله، به دانش قبلی ما در زمینه اثر مویینگی در نانولوله های ناهموار عمق بیشتری می بخشد.