استفاده از قفل نانوذره‌اي براي ذخيره گاز

دانشمندان روسي از ديناميک مولکولي براي مدل‌سازي رفتار يک نانوکپسول «پر کن و قفل کن» استفاده کرده‌اند؛ طراحي قفس بسته مي‌تواند روشي ايمن و موثر براي ذخيره گازهايي همچون متان در شرايط معمولي باشد.

کد خبر: ۲۴۵۳۰

شنبه - ۰۵ ارديبهشت ۱۳۸۸ / April 25, 2009

به گزارش گروه علمي و آموزشي «شبکه خبر دانشجو»، اين ساختار قفسي از يکسري نانولوله‌هاي مختلف با قطرهاي «20،20»، «10،10» و «8،8» تشکيل شده است و درون آن يک کمپلکس درون‌وجهي (K@C60) با بار مثبت قرار دارد.

مي‌توان با اعمال ميدان الکتريکي، اين کمپلکس درون‌وجهي را جابه‌جا کرده و ابزار تشکيل شده را قفل و يا باز کرد.

عملکرد اين نانوکپسول‌ها را مي‌توان به چند مرحله تقسيم کرد؛ جذب، ذخيره‌سازي، واجذب.

در طول فرايند جذب، کمپلکس درون‌وجهي K@C60 نزديک ته نانوکپسول قرار مي‌گيرد، مولکول‌هاي متان از طريق حفره موجود در سر نانوکپسول به درون آن نفوذ کرده و روي ديواره‌هاي داخلي آن جذب مي‌شوند.

براي رسيدن به مرحله ذخيره‌سازي بايد حفره موجود در نانوکپسول بسته شود. کمپلکس K@C60 در اثر اعمال يک ميدان الکتريکي به سمت حفره موجود در سر کپسول حرکت کرده و با قرار گرفتن در مقابل اين منفذ، آن را مي‌بندد؛ بدين ترتيب مولکول‌هاي متان ديگر نمي‌توانند از کپسول خارج شوند.

زماني که K@C60 به ناحيه (8،8) نانوکپسول مي‌رسد، متوقف مي‌شود؛ زيرا فضاي داخلي ناحيه (8،8) کوچک‌تر از قطر K@C60 بوده و از حرکت بيشتر آن جلوگيري مي‌کند.

به دليل فشار متان و نيروهاي موئين، حتي زماني که ميدان الکتريکي را قطع کنيمK@C60 در حالت قفل باقي مي‌ماند، در اين لحظه مرحله ذخيره متان آغاز مي‌شود.

در اين مرحله، وضعيت ترموديناميکي خارجي به حالت عادي بازمي‌گردد؛ به دليل انبساط متان درون نانوکپسول، K@C60 به بخش ابتدايي ناحيه (8،8) هل داده مي‌شود.

در اين حالت K@C60 از خروج مولکول‌هاي متان از درون نانوکپسول جلوگيري مي‌کند؛ زيرا فاصله ميان ديواره‌هاي نانولوله و کمپلکس درون‌وجهي براي عبور گاز کافي نيست.

در طول مرحله واجذب، K@C60 در اثر اعمال ميدان الکتريکي به ته نانوکپسول باز مي‌گردد، به دليل فشار بالاي درون نانوکپسول، مولکول‌هاي متان فضاي داخلي را ترک مي‌کنند.

بخش قابل توجهي از متان درون بخش‌هاي (10،10) و (8،8) نانوکپسول باقي مي‌ماند.

براي خالي کردن کامل گاز متان از درون نانوکپسول، K@C60 با استفاده از ميدان الکتريکي به سمت ناحيه (10،10) جابه‌جا شده و گاز متان را به سمت بيرون فشار مي دهد.

سپس K@C60 به ته نانوکپسول باز مي‌گردد، مولکول‌هاي متان دوباره در ناحيه (10،10) تجمع كرده و K@C60 با حرکت مجدد به اين ناحيه آنها را به سمت بيرون مي‌راند؛ اين کار تا زماني که تمام مولکول‌هاي متان از نانوکپسول خارج شوند، ادامه مي يابد./انتهاي پيام/