به گزارش گروه فناوری پیشرفته تیکنا، محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به بررسی مکانیسم عبور آب، یون و سوخت در شبکه پلی‌الکترولیتی برای بهینه‌سازی این نوع غشاهای پلیمری با استفاده از ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی شدند.
محمد جعفررضایانی، دانش‌آموخته مقطع دکتری و مجری طرح شبیه‌سازی دینامیک مولکولی نفوذ آب در شبکه های پلی الکترولیتی: اثر گروه‌های آب‌دوست و آب‌گریز گفت: نبود مطالعه جامع از بررسی فرایند اصلی نفوذ کوچک مولکول ها مانند آب، یون و سوخت (عموماً متانول) درون سامانه‌های پلی الکترولیتی (پلیمرهایی در حالت جامد یا مایع که برای لخته سازی استفاده می‌شوند و در انواع آنیونی، کاتیونی و غیریونی یا خنثی موجود اند) مورد استفاده در پیل های سوختی و غشاهای تصفیه کننده آب پارامترهای ساختاری شبکه پلی الکترولیت بر این فرایند باعث شد در این حوزه مطالعه کنیم.
وی ادامه داد: دلیل اصلی این کمبود ناتوانی دستگاه‌های آزمایشگاهی در مشاهده جزییات فرایند نفوذ و تأثیر پارامترهای ساختاری شبکه پلی الکترولیت بر فرایند نفوذ در مقیاس مولکولی است که با استفاده از ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی پارامترهای مؤثر بر این فرایند؛ از جمله تأثیر پارامترهای ساختاری شبکه پلی الکترولیت بر فرایند نفوذ با دقت مولکولی بررسی شد.
رضایانی بیان کرد: ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به بررسی فرایندهای مختلف فیزیکی و شیمیایی در مقیاس مولکولی می‌پردازد، با شناخت پارامترهای تأثیرگذار بر فرایند نفوذ در مقیاس مولکولی یا میکروسکوپی می‌توان رفتار سیستم را در مقیاس بزرگ یا ماکروسکوپیک پیش بینی کرد.
وی گفت: در این تحقیق، علاوه بر نحوه تشکیل کانال‌های آبی و بررسی پارامترهای ساختاری تأثیر گذار بر فرایند نفوذ کوچک مولکول‌های مذکور، توانستیم رابطه کمّی بین پارامترهای اصلی ساختاری شبکه پلی الکترولیت تعیین کننده رفتار نفوذ و ضریب نفوذ کوچک مولکول‌ها با استفاده از ابزار شبیه سازی دینامیک مولکولی ارائه دهیم که گامی مهم و جدید در بررسی رفتار نفوذی درون پلی الکترولیت‌های تبادل یونی است.
محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: برای بررسی یک فرایند با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و به عنوان اولین چالش نیاز است ثابت کنیم نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیک مولکولی نتایج قابل اعتمادی است. برای این هدف نیاز به معرفی دقیق سامانه‌های پلیمری مورد مطالعه با نرم‌افزار شبیه سازی همچنین مقایسه برخی داده های شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی، مانند دانسیته (غلظت)، است.
وی تاکید کرد: به دلیل جدید بودن موضوع مورد مطالعه و نبود مطالعات شبیه سازی پلی الکترولیت‌های مذکور، محاسبات زیادی برای تعیین عوامل ساختارها انجام شد که در حقیقت پیچیدگی اصلی این پژوهش بود و زمان زیادی را به خود اختصاص داد.
وی گفت: استفاده از غشاهای تبادل یونی در صنایعی مانند تولید پیل‌های سوختی، غشاهای تصفیه آب و صنایع غذایی کاربرد فراوان دارد؛ از یک سو به دلیل هزینه بسیار پایین‌تر ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی در مقایسه با روش‌های آزمایشگاهی و از طرفی دیگر قابلیت مشاهده فرایند در مقیاس مولکولی توسط این ابزار، روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به یک ابزار استثنایی برای انجام پروژه‌های مربوط به فرایند نفوذ و مطالعات مشابه تبدیل شده است.
رضایانی درباره کاربردهای این پروژه گفت: کاربردهای این مطالعه بهینه‌سازی غشاهای پلیمری از جمله پلی الکترولیت‌ها برای بهبود انتخاب پذیری آن و عبور کوچک مولکول‌ها است. منظور از انتخاب پذیری قابلیت عبورپذیری جزء دلخواه بدون عبوردهی اجزای بی‌اهمیت است. به عنوان مثال، در بحث پیل‌های سوختی هدف اصلی عبور دهی بالای یون و جلوگیری از عبور سوخت است که معمولاً سوخت مورد استفاده پیل‌های سوختی متانول است.
اساتید راهنمای این پروژه فرهاد شریف، حسام مکّی و استاد مشاور رولاند نتز هستند.
