شبیه سازی دینامیک مولکولی غیرتعادلی معکوس هدایت گرمایی در پلی آمید66 محدودشده در فضای نانو

شبیه سازی دینامیک مولکولی غیرتعادلی معکوس هدایت گرمایی در پلی آمید66 محدودشده در فضای نانو در این تحقیق با انجام شبیه سازی دینامیک مولکولی روی هدایت گرمایی فیلم های نانو متری پلی آمید 66 محدود شده بین صفحه های گرافیتی، خواص انتقال حرارت سیال محدود شده در فضای نانو را مورد مطالعه قرار داده ایم. برای این منظور شبیه سازی تعادلی سیستم در مجموعه-ی جدیدnapt انجام شده است [1]. که در این مجموعه تعداد ذرات (n)، مساحت سطح (a)، فشار موازی (p||) و دما (t)ثابت هستند. برای ثابت نگه داشتن دما، در هر گام زمانی سرعت ها در ثابت ضرب می شوند که این کمیت به صورت زیر تعریف می شود: 1 که t? اندازه ی گام زمانی، 0t دمای مورد انتظار، t دمای کنونی سیستم، و t? میزان جفت شدگی با حمام گرمایی است. همان طور که در بالا گفته شد در این روش فشار نیز ثابت می ماند که برای این منظور مقدار ثابت ? در هر گام زمانی، در مختصات z همه ی ذرات ضرب می شود. 2 که ?p و ?,0p به ترتیب مقادیر کنونی و مورد انتظار مولفه های موازی فشار، و p? میزان جفت-شدگی با باروستات و ? ثابت تراکم پذیری هم دما می باشند. در این پایان نامه از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی معکوس (rnemd) برای محاسبه ی هدایت گرمایی پلی آمید 66 محدود شده میان صفحات گرافیتی استفاده شده است [2]که این روش برای محاسبه ی این پارمتر به صورت زیر اعمال می شود: طبق این روش ابتدا جعبه ی شبیه سازی به n باریکه در جهت z تقسیم بندی شده و باریکه ی مستقر در =0 z به عنوان باریکه ی سرد، و باریکه ی مستقر در m=n/2به عنوان باریکه ی گرم طراحی می شوند. سپس گرم ترین اتم در باریکه ی سرد و سرد ترین اتم در باریکه ی گرم مشخص شده و انرژی جنبشی این دو با هم تعویض می شوند که در نتیجه ی این تعویض انرژی به طور غیر فیزیکی و مصنوعی از ناحیه ی سرد به ناحیه ی گرم انتقال می یابد. بنابراین این عامل باعث به وجود آمدن شار در سیستم در جهت مخالف به کمک یک مکانیسم فیزیکی می شود. در اعمال این روش، قدرت اختلال اعمال شده بر سیستم با تناوب تعویض ? کنترل می-شود. به عبارت دیگر وقتی =w ? یعنی هر w گام زمانی یکبار تعویض سرعت میان اتم ها صورت گیرد. و در حالتی که اختلال اعمال شده بر سیستم خیلی قوی (?=3) باشد سیستم به طور غیرخطی به اختلال اعمال شده پاسخ می دهد. بنابراین هدایت گرمایی محاسبه شده نادرست می باشد. اما در حالتی که اختلال اعمال شده بر سیستم ضعیف (?=1000) باشد سیستم اختلال اعمال شده را کم تر احساس می کند لذا هدایت گرمایی تعریف شده نیست و نمودار بدست آمده بیشتر شامل اغتشاشات تناوبی می باشد و خطای هدایت گرمایی افزایش می-یابد. پس در اعمال روش rnemd تناوب تعویض برای سیستم های مختلف باید بهینه شود. همچنین بزرگی گرادیان دمایی با افزایش ? کاهش می یابد. در شرایط حالت پایا هر دو شار (فیزیکی و غیر فیزیکی) در بزرگی با هم برابر هستند و نمودار دمایی سیستم در این شرایط کاملاً پایدار بوده است. همچنین غلظت اجزا نیز در هر باریکه ثابت می ماند در نتیجه شار خالصی از اجزا وجود ندارد. در نهایت هدایت گرمایی ? به صورت زیر محاسبه می شود: 3 که t طول زمان شبیه سازی، lx و y l به ترتیب طول جعبه ی شبیه سازی در جهت های x و y ، cv و hv به ترتیب سرعت اتم ها در ناحیه ی سرد و گرم، m جرم اتم ها، رگرسیون خطی شیب دمایی و 2 ناشی از تناوبی بودن سیستم است. نتایج بدست آمده از این شبیه سازی نشان می دهد که هدایت گرمایی پلی آمید66 محدود شده تقریباً دو برابر سیال توده است زیرا چگالی مایع در راستای z افزایش پیدا کرده است. بنابراین انرژی پتانسیل بین ذرات و به دنبال آن هدایت گرمایی در این راستا افزایش پیدا کرده است همچنین نتایج نشان می دهند که هدایت گرمایی با کاهش فاصله ی بین سطوح افزایش می یابد. references: [1] h. eslami, f. mozaffari, j. moghadasi, f. müller-plathe, j. chem. phys. 129, 194702. (2008). [2] h. eslami; f. müller-plathe, j. phys. chem. b, 113, 5568. (2009).