دینامیک مولکولی روشی برای شبیه‏سازی رفتار ترمودینامیکی مواد در سه فاز جامد، مایع وگاز با استفاده از نیروها، سرعت‏ها و مکان ذرات است. در بین این عوامل، نیرو مهم‏ترین عامل است. در شبیه‏سازی دینامیک مولکولی کلاسیک، نیرو از پتانسیل کلاسیک به دست می‏آید.در این پایان نامه از روش شبیهسازی دینامیک مولکولی برای مطالعهی نفوذ مولکولهای 3 cfcl، 2cl2 cf، cl3 cfو 4 cf در زئولیت fau با فرمول شیمیایی384 o 192 si استفاده شده است. شبیهسازیها در بارگذاری 8 مولکول بر سلول واحد و در دماهای 200، 298، 400، 500، 600 و 700 کلوین انجام شدند. هدف از این شبیه‏سازی‏ها، مطالعه‏ی کمیت هایی مانند میانگین مربع جابجایی، ضریب نفوذ، انرژی اکتیواسیون، انرژی جذب و تابع توزیع شعاعی است. در تمامی شبیهسازیهای انجام شده، فشار برابر با bar 0/1 و گام زمانی هر سیستم در طی شبیه‏سازی ps 001/0 قرار داده شد. ابتدا شبیه سازیها برای هر مولکول و در هر دما، در انسامبل کانونیکال با نرم افزار dl poly2 در طیns 3 (step 300000) انجام شد تا سیستم‏ها به تعادل برسند، سپس برای به دست آوردن خواصی که در بالا ذکر شد، هر یک از سیستم‏های به تعادل رسیده در مجموعهی میکرو کانونیکال در طی ns 5 (step 500000) شبیهسازی شد. با رسم منحنیهای میانگین مربع جابجایی مشاهده میشود که به طور کلی برای همه ی مولکول ها، با افزایش دما شیب منحنی‏ها افزایش می‏یابد. ضرایب نفوذ برای هر مولکول در دماهای مختلف محاسبه شدند و همان طور که انتظار میرفت این ضرایب با افزایش دما، روند صعودی و با افزایش ممان دوقطبی، روند نزولی دارند. انرژیهای اکتیواسیون به دست آمده از معادلهی آرنیوس، با افزایش ممان دوقطبی، افزایش می یابد. انرژیهای جذب به ازای یک مولکول هالومتان در زئولیت fau در دماهای مختلف محاسبه شدند. مشاهده میشود که با افزایش دما انرژی جذب به سمت مقادیر کمتر میل کرده و با افزایش تعداد اتم های فلوئور، کاهش می یابد. توابع توزیع شعاعی سایتهای اتمی گوناگون در دماها ی 200 و 700 کلوین به دست آمدند. افزایش دما سبب پهن شدن پیک اول و کاهش شدت آن میشود.

در این پایان نامه از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مطالعه ی نفوذ مولکول های نیتروژن و مونوکسیدکربن در زئولیت ‏itq-7‎‏ با ‏کد ‏isv‏ و فرمول شیمیایی ‏ ‏ استفاده شده است. دینامیک مولکولی روشی برای شبیه‏سازی رفتار ترمودینامیکی مواد در سه ‏فاز جامد، مایع وگاز با استفاده از نیروها، سرعت‏ها و مکان ذرات است. در بین این عوامل، نیرو مهم‏ترین عامل است. در شبیه‏سازی ‏دینامیک مولکولی کلاسیک، نیرو از پتانسیل کلاسیک بدست می‏آید. شبیه سازی ها در بارگذاری های 4، 6، 8، 10، 12، 14، 16 ، 18 و 20 ‏مولکول بر سلول واحد نیتروژن و4، 8، 12 و 20 مولکول بر سلول واحد مونوکسیدکربن و در دماهای 200، 298، 400، 500، 600 و 700 ‏کلوین انجام شدند. هدف از این شبیه‏سازی‏ها، مقایسه‏ی نفوذ گازهای نیتروژن و مونوکسیدکربن و همچنین مطالعه‏ی کمیت هایی مانند ‏انرژی جذب، میانگین مربع جابجایی، ضریب نفوذ، تابع توزیع شعاعی و انرژی اکتیواسیون است. در تمامی شبیه سازی های انجام شده، فشار ‏برابر باbar‏0/1 و گام زمانی هر سیستم در طی شبیه‏سازی ‏ps‏ 0/001 قرار داده شد. ابتدا شبیه سازی ها برای هر بارگذاری در مجموعه ‏کانونیکال در شش دمای مختلف با نرم افزار ‏dl poly2‎‏ در طی ‏ns‏1 (‏ ‏100000) انجام شد تا سیستم‏ها به تعادل برسند. سپس ‏برای بدست آوردن خواصی که در بالا ذکر شد، هر یک از سیستم‏های به تعادل رسیده درمجموعه میکرو کانونیکال در طی ‏ ‏1 (‏step‏ ‏‏100000) شبیه سازی شد. با رسم منحنی های میانگین مربع جابجایی مستخرج از داده های فایل ‏history‏ مشاهده می شود که بطور کلی در ‏تمامی بارگذاری‏ها با افزایش دما شیب منحنی‏ها افزایش می‏یابد. ضرایب نفوذ در بارگذاری ها و دماهای مختلفی محاسبه شدند و همانطور ‏که انتظار می رفت این ضرایب با افزایش دما، روند صعودی و با افزایش بارگذاری، روند نزولی دارند . همچنین مشاهده شد که ضرایب ‏نفوذ گاز مونوکسیدکربن به مقدار جزئی کمتر از گاز نیتروژن می‏باشد که به دلیل ممان دو قطبی جزئی مونوکسیدکربن است که از نفوذ ‏بیشتر جلوگیری می‏کند. انرژی های اکتیواسیون به دست آمده از معادله ی آرنیوس برای تمامی بارگذاری ها مقدار تقریباً یکسانی داشت و ‏این دلالت بر آن دارد که ضرایب نفوذ وابستگی بیشتری به دما و وابستگی کمتری به بارگذاری نشان می دهند. توابع توزیع شعاعی ‏سایت های اتمی گوناگون در دماها و بارگذاری های مختلف بدست آمدند که بیشترین تغییرات در سایت نیتروژن- نیتروژن مشاهده شد. ‏انرژی های جذب به ازای یک مولکول نیتروژن و یک مولکول مونوکسیدکربن در زئولیت ‏itq-7‎‏ بر حسب تعداد مولکول ها در سلول ‏واحد و در دماهای مختلف محاسبه شدند. مشاهده می شود با افزایش دما در یک بارگذاری ثابت ، انرژی جذب ، به سمت مقادیر کمتر ‏میل می کند. ‏ ‏

چکیده زئولیت ها که گروهی از آلومینو سیلیکات های بلورین و متخلخل هستند، یکی از پرکاربرد ترین مواد در شاخه های مختلف صنایع می باشند. از جمله کاربردهای این مواد استفاده از آنها به عنوان غربال مولکولی است. از میان زئولیت ها، زئولیت- بتا به دلیل اسیدیته ی بالا و حفره های ویژه اش کاربرد صنعتی فراوانی دارد، اما تاکنون مطالعات چندانی بر روی این زئولیت در زمینه ی جداسازی مولکول های مختلف صورت نگرفته است. از این رو در تحقیق حاضر، فرایند جذب و نفوذ گازهای پر اهمیت نیتروژن، اکسیژن، کربن دی اکسید، کربن دی سولفید و متان بر روی زئولیت- بتا با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق محاسبه ی کمیت ها ی میانگین مربع جا بجایی، ضرایب نفوذ، انرژی های جذب، انرژی های فعال سازی و توابع توزیع شعاعی است. با استفاده از نرم افزار dl poly_ 2 شبیه سازی ها در بارگذاری 4 و 8 مولکول بر سلول واحد، در دماهای 250، 298، 350، 400، 500، 600 و 700 کلوین و فشار bar 0/1 در دو مرحله انجام شد. در مرحله ی اول، به منظور رسیدن سامانه به تعادل، شبیه سازی ها طی ps 100 در مجموعه ی nvt اجرا شدند و در مرحله ی دوم فایل های خروجی از مرحله ی اول به منظور دنبال نمودن خط سیر سامانه، در مجموعه ی nve شبیه سازی شدند. سپس محاسبات مورد نظر انجام گرفت و دینامیک مولکول های مهمان با مطالعه ی میانگین مربع جابجایی (msd) برای مرکز جرم مولکول های مهمان بررسی شد. با رسم منحنی های msd بر حسب زمان مشاهده می شود که شیب منحنی ها با افزایش دما در تمام بارگذاری ها افزایش می یابد. از روی شیب منحنی msd و با استفاده از معادله ی انیشتین ضرایب نفوذ استخراج شده و اثر دما، بارگذاری و جرم مولی مولکول های مهمان روی این ضرایب بررسی شد. به این ترتیب مشاهده می شود که ضریب نفوذ هر ماده با دما رابطه ی مستقیم و با تعداد بارگذاری و جرم مولی مولکول مهمان رابطه ی عکس دارد. با استفاده از معادله ی آرنیوس، انرژی فعال سازی نفوذ محاسبه شد. نتایج حاصل نشان می دهد که به طور کلی انرژی فعال سازی با افزایش بارگذاری کاهش و با افزایش جرم مولی مولکول مهمان افزایش می یابد که تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد. به موازات افزایش دما، غلظت مولکول های مهمان کاهش می یابد و بنابراین باید اثر ترکیبی دما وغلظت را در نظر گرفت. توابع توزیع مواضع اتمی مختلف در دماها و بار گذاری های مختلف به دست آمدند که بیشترین تغییرات در موضع مرکز جرم- مرکز جرم مشاهده شد. انرژی های جذب مولکول های مهمان در زئولیت- بتا بر حسب kj/mol، در دماهای مختلف محاسبه شدند. مشاهده می شود که در یک بارگذاری خاص با افزایش جرم مولی، انرژی جذب افزایش می یابد. همچنین در یک بارگذاری ثابت با افزایش دما انرژی جذب کاهش می یابد. کلمات کلیدی : دینامیک مولکولی، زئولیت- بتا، نفوذ ، انرژی جذب، انرژی فعال سازی نیتروژن، اکسیژن، کربن دی اکسید، کربن دی سولفید، متان

چکیده هیدرات های گازی دسته ای از ترکیبات میزبان جامد هستند که نقش مهمی در فرآیندهای متعددی همچون ذخیره، انتقال و جداسازی گاز، کاتالیزهای ناهمگن و تصفیه ی آب دارند. درک طبیعت بر هم کنش های مهمان - میزبان و دینامیک مهمان برای بهینه کردن فرآیندهای درگیر با این مواد و تهیه ی ترکیبات میزبان جدید با کاربردهای مختلف، مهم است. در بخش اول این رساله، با استفاده از شبیه سازی های دینامیک مولکولی npt، پارامترهای شبکه ی 4 سامانه ی هیدرات گازیsi خالص شامل هیدرات متان، هیدرات اتان، هیدرات کربن مونواکسید و هیدرات کربن مونوسولفید و 4 سامانه ی هیدرات گازیsi دوتایی شامل (متان + اتیلن)، (متان + کربونیل سولفید)، (متان + استیلن) و (متان + کربن دی سولفید) به دست آمدند و ضرایب انبساط پذیری گرمایی آنها محاسبه شدند. برای مطالعه ی اثر میدان های نیروی مختلف روی پارامتر شبکه، برای آب دو مدل متداول spc/e وtip4p ، برای متان پتانسیل های tkm، mg، opls، opls-site وmexp6 و برای اتان پتانسیل های gk، unicepp و optimized در شبیه سازی ها بررسی شده اند. در همه ی هیدرات های دوتایی، برای مهمان متان میدان نیروی mg در نظر گرفته شده است. مدل های پتانسیل مختلف برای متان و اتان مقادیر تقریباً یکسان و کوچکتر از مقادیر تجربی را برای پارامتر شبکه در دماهای مختلف پیش بینی می کنند. مقادیر پارامتر شبکه ی شبیه سازی شده در دماهای مختلف نشان می دهند که با افزایش جرم و حجم مولکول مهمان پارامترهای شبکه نیز افزایش می یابند که در تطابق با نتایج تجربی است. هیدرات کربن مونو اکسید که کوچکترین مهمان را دارد کمترین پارامترهای شبکه را در دماهای مختلف نشان می دهد در حالی که هیدرات دوتایی (متان + کربن دی سولفید) که حاوی بزرگترین مهمان مورد بررسی در این مطالعه است بزرگ ترین پارامترهای شبکه را دارد. با استفاده از پارامترهای شبکه و با این فرض که ضریب انبساط گرمایی خطی با یک معادله ی درجه دو تطابق دارد، ضریب انبساط گرمایی خطی محاسبه می شود. مقایسه ی نتایج این کار با نتایج تجربی ضریب انبساط پذیری گرمایی نشان می دهد که توافق خوبی بین نتایج شبیه سازی و تجربی وجود دارد. در بخش دوم، شبیه سازی های دینامیک مولکولی nve برای بررسی توزیع زاویه ای، دینامیک و ناهمسانگردی طیف های 13c nmr مولکول های مهمان خطی co، cs، co2، ocs، cs2، c2h2 و مولکول مهمان غیرخطی c2h4 در قفس های بزرگ هیدرات گازی si و مولکول های مهمان co و cs در قفس های کوچک هیدرات گازی si در دماهای مختلف، در گستره ی ناحیه ی پایداری هیدرات انجام شده است. این مهمان ها گستره ی بزرگی از طول، جرم نسبی مرکزی و گروه های پایانی را شامل می شوند. وقتی یک مولکول در قفس های بزرگ پهن شده در دو قطب هیدرات گازی si قرار می گیرد، طوری می چرخد که محور بزرگ مولکول بیشتر در صفحه ی استوایی قرار دارد. این توزیع ناهمگن منجر به ناهمسانگردی طیف های پودری nmrحالت هیدرات این مهمان ها می شود. پهنای طیف های پودری nmr شبیه سازی شده ی مولکول های مهمان در قفس های بزرگ si در توافق با نتایج تجربی، با افزایش دما کاهش می یابد. همچنین به جز برای مهمان co که در دماهای پایین نیز در صفحه ی استوایی آزادی چرخشی دارد، تمایل طیف همه ی مولکول های خطی در دماهای پایین مشابه فاز خالص جامد مهمان است و در دماهای بالا تمایل طیف نسبت به دمای پایین معکوس می شود اما تمایل طیف های مهمان های cs2 که حتی در دماهای بالا آزادی چرخش ندارند نسبت به حالت جامد آن تغییر نمی کند. توابع توزیع زاویه قطبی شبیه سازی شده وابسته به دما p(?; t)، که برای همه ی مهمان ها حول زاویه قطبی ? = 90o در هر قفس متمرکز شده اند، با افزایش دما پهن تر و در یک دمای خاص با افزایش اندازه ی مولکول باریک تر می شوند و برای استیلن توزیع پهن تری نسبت به آنچه براساس طول آن انتظار می رود، دارند. طیف های nmr شبیه سازی شده برای مولکول مهمان cs و coدر قفس های کوچک در توافق با نتایج تجربی، نشان می دهند که جابجایی شیمیایی به صورت پیک باریکی متناظر با جابجایی شیمیایی همسانگرد مهمان خارج از قفس ظاهر می شود که بیانگر توزیع همسانگرد مولکول های مهمان در قفس های کوچک تقریباً کروی است. برای بررسی بیشتر دینامیک مهمان ها در قفس های بزرگ و کوچک تابع توزیع شعاعی (rdf)، میانگین مربع جابجایی (msd)، تابع خود همبستگی سرعتی (vacf)، و تابع خود همبستگی جهت گیری (oacf) مهمان ها نیز مطالعه شده اند. لغات کلیدی: هیدرات های گازی، دینامیک مولکولی، پارامترهای شبکه ، ضریب انبساط پذیری گرمایی و ناهمسانگردی طیف 13c nmr.

در این رساله به بررسی شبیه سازی سیالات محدود شده آب و متانول به صورت خالص و مخلوط آنها در بین لایه های گرافیتی پرداخته شده است. کلیه خواص مورد مطالعه در این پژوهش برای سامانه های محدود شده از قبیل پروفایل چگالی عرضی، تابع توزیع شعاعی جانبی، میانگین مربع جابجایی جانبی، تابع خود همبستگی سرعتی جانبی و همچنین تعداد و طول عمرپیوند هیدروژنی با استفاده از میانگین گیری نهایی نتایج حاصل از چندین اجرای متوالی در مجموعه nve محاسبه شده اند. در بخش اول این رساله به بررسی نتایج بدست آمده از شبیه سازی دینامیک مولکولی سیالات محدود شده آب و متانول به صورت خالص پرداخته شده است. نتایج ساختاری بدست آمده در این بخش حاکی از تشکیل لایه های منظم مولکولی در بین صفحه های گرافیتی محدود کننده می باشد. تعداد لایه های مجزای تشکیل شده بسته به پهنای نانوحفره متغیر است. نتایج دینامیکی بدست آمده نشان می دهد که با کاهش پهنای نانوحفره، سیال رفتاری دینامیکی شبیه به جامدات از خود نشان می دهد. در ادامه مقادیر ضرایب خود نفوذی محاسبه شد. بررسی ساختار مولکولهای آب محدود شده در سامانه ? 7 h = در دمایk 300 نشان دهنده ی تشکیل ساختار های شش وجهی یا هگزاگونال از مولکولهای آب می باشد. این ساختار شش وجهی مولکولهای آب یک ساختار غیر مسطح است که باکاهش چگالی یک تغییر فاز ساختاری از حالت شش وجهی به لوزی شکل مشاهده شد. نتایج بررسی تغییرات پیوند هیدروژنی در سامانه های آب محدود شده نشان داد که با کاهش پهنای نانوحفره، تعداد پیوند هیدروژنی تشکیل شده نیز کاهش می یابد. در بخش دوم این رساله به بررسی مخلوط آب و متانول در دو حالت توده ای و محدود شده در سامانه هایی با پهناهای 10 و?20 در کسر مولی های مختلف متانول پرداخته شد. بررسی کمیت های اضافی در مخلوط آب و متانول در حالت توده ای بیانگر این است که در کسر مولی بین 5/0 تا 6/0 شاهد تشکیل یک ساختار منظم ناپایدار می باشیم به طوری که انحراف مثبت مشاهده شده از قانون رائول درحالت تجربی و کمینه تعداد پیوند هیدروژنی اضافی محاسبه شده در این رساله در کسر مولی 5/0 تائید کننده آن می باشد. در ادامه به بررسی مخلوط آب و متانول در حالت محدود شده پرداخته شد. نتایج بررسی های ساختاری حاکی از این است که با افزایش محدودیت در سامانه های محدود شده (از 10 به ? 20) چیدمان مولکولهای آب و متانول کاملاً متفاوت می شود به طوریکه با افزایش کسر مولی متانول در سامانه ? 20 شاهد جدایی دوفاز ولی در سامانه ? 10 برعکس شاهد امتزاج بهتر هستیم. نتایج بررسی تابع توزیع شعاعی جانبی در سامانه های محدود شده نشان می دهد که با افزایش کسر مولی متانول در سامانه ی محدود شده، ساختارهای منظمی تشکیل می گردد. در نهایت به بررسی کمیت تعداد پیوند هیدروژنی اضافی در سیالات محدود شده و توده ای پرداخته شد. بررسی های انجام شده نشان داد که عامل محدودیت روی نقطه ی کمینه تاثیری ندارد.

در این پایان نامه خواص ساختاری و دینامیکی مایعات یونی تترا بوتیل فسفونیوم لیوسین و تترا بوتیل فسفونیوم گلوتامین با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شده است. اندکی بعد از استفاده از چند ترکیب نیتروژن دار، که به عنوان کاتیون مایعات یونی دمای اتاق شناخته شده بود ، استفاده و کاربرد نمک ها ی فسفونیوم بعنوان کاتیون برای مایعات یونی، گسترش یافت و به عنوان مایعات جدید و حلال ها یی مناسب شناخته شدند. از دلایل مهمی که تترا بوتیل فسفونیوم به عنوان مایعات یونی صنعتی استفاده می-کنند، در دسترس بودن ،قیمت پایین و پایداری حرارتی بالای آن ها است. شبیه سازی های شبیه سازی در 350 و 85/321 کلوین و فشار 1 اتمسفر، به منظور مطالعه ی خواص ساختاری و انتقالی مایعات یونی انجام شد. میدان نیروی به کار برده شده، میدان نیروی اََمبر استخراج شده از مقاله ی زائو ارائه شده در 2007 و نرم افزارمورداستفادهdl_poly2.18 و گام زمانی برای شبیه سازی 1 فمتو ثانیه بود. در این پایان نامه، از مجموعه ی npt برای رسیدن به تعادل اولیه و محاسبه ساختار و از مجموعه ی nve برای تعیین خواص دینامیکی استفاده شده است. شبیه سازی سیستم تترا بوتیل فسفونیوم لیوسین با 5920 ذره (اتم) و شبیه سازی سیستم تترا بوتیل-فسفونیوم گلوتامین با 5760 ذره صورت گرفته است. در مجموع زمان شبیه سازی برای هر مایع یونی، 20 نانوثانیه می باشد. دانسیته ها-ی حاصل از شبیه سازی، با دانسیته ی تجربی دارای خطایی در حد 3 در صد است و بنابراین میدان نیروی مورد استفاده را، تأیید می-کند. احتمال زوایای دای هدرال مختلف در زنجیره ها ی بوتیل کاتیون تترا بوتیل فسفونیوم، بررسی شد و در سیستم ها ی مورد بررسی محتملترین زاویه ها 70 و 180 درجه، بدست آمد. بررسی نمودارهای rdf نشان می دهد که طول پیوند هیدروژنی بین گروه آمینی و کربوکسیل در هر دو آمینواسید یکسان است و پیک آن ها در یک موقعیت قرار دارد. در گلوتامین با توجه به گروه عاملی آسیل آمین (-conh2)، پیوندهای هیدروژنی بیشتری تشکیل می شود.میانگین مربعات جا به جا یی سیستم ها msd و ضرائب نفوذ کاتیون و آنیون ها تعیین و روند تغییرات آن ها نیز بررسی گردید. نفوذ ذرات به برایند عواملی از جمله پخش بار، اندازه ذره و شکل فضایی مولکول بستگی دارد. در ترکیب[tbp][leu] ،msd کاتیون بیشتر از آنیون است که عامل پخش بار بیشتر به واسطه گروه های بوتیل بر روی کاتیون موثرترین عامل است. اما برای ترکیب [tbp][gln] نتیجه کاملا برعکس است، یعنی msd آنیون بیشتر از کاتیون است. در این جا عامل اندازه مولکول را می توان موثر دانست. همچنین مقادیر تقریبی ضریب نفوذ با استفاده از شیب نمودارهای msd نیز محاسبه شده است. محاسبه ی دقیق ضریب نفوذ کاتیون و آنیون ها باید بر اساس msd مرکز جرم هر یون باشد. بهر حال در مورد دو مایع یونی این پایان نامه، اتم فسفر را با تقریب بسیار خوبی می توان نزدیک به مرکز جرم کاتیون در نظر گرفت ولی اتم نیتروژن آنیون نزدیک به مرکز جرم نبوده و محاسبه بر اساس اتم نیتروژن می تواند بعنوان یک مقدار تقریبی محسوب گردد. بنابر این چنانچه محاسبه ی خواص انتقالی بر اساس مرکز جرم واقعی یون ها انجام گیرد از دقت بالاتری برخوردار است. خواص انتقالی ذکر شده در این پایان نامه را بیشتر بطور کیفی می توان در نظر گرفت و در تفسیر اثر اندازه آنیون و کاتیون بر خواص انتقالی استفاده کرد.

دینامیک مولکولی (md) یک نوع شبیه سازی کامپیوتری می باشد که در آن اتم ها و مولکول ها اجازه می یابند برای یک گام زمانی تحت قوانین شناخته شده ی فیزیک بر هم کنش داشته باشند و تصویری از حرکت اتم ها را به دست می دهد. از این روش برای مطالعه ی بسیاری از سیستم ها ی فیزیکی استفاده می شود و در این پایان نامه خواص ساختاری و دینامیکی مایعات یونی تترا بوتیل فسفونیوم آسپارتیک اسید و تترا بوتیل فسفونیوم گلوتامیک اسید، با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شده است. اندکی بعد از استفاده از چند ترکیب نیتروژن دار، که به عنوان کاتیون مایعات یونی دمای اتاق شناخته شده-بود ، استفاده و کاربرد نمک ها ی فسفونیوم برای مایعات یونی، گسترش یافت و به عنوان مایعات جدید و حلال ها یی مناسب شناخته شدند. از دلایل مهمی که ازآن ها به عنوان مایعات یونی صنعتی استفاده می کنند، در دسترس بودن ،قیمت پایین و پایداری حرارتی بالای آن ها است. شبیه سازی های md در دماهای350 و 85/321 کلوین و فشار 1 اتمسفر، به منظورمطالعه-ی خواص ترمودینامیکی و دینامیکی مایعات یونی انجام شد. میدان نیروی به کار برده شده [zhou, g., liu, x., yu, g., he, h, j. phys. chem. 111 (2007) 7078-7084] میدان نیروی اََمبر استخراج شده از مقاله ی زائو ارائه شده در 2007 و نرم افزارمورداستفادهdl_poly2.18 و گام زمانی برای شبیه سازی 1 فمتو ثانیه بود. در این پایان نامه، از مجموعه ی هم دما-هم فشار (npt) برای رسیدن به تعادل اولیه و محاسبه ساختار و از مجموعه ی nve برای تعیین خواص دینامیکی استفاده شده است. شبیه سازی سیستم تترا بوتیل فسفونیوم آسپارتیک اسید با 5440 ذره (اتم) و شبیه سازی سیستم تترا-بوتیل فسفونیوم گلوتامیک اسید با 5680 ذره صورت گرفته است. در مجموع زمان شبیه سازی برای هر مایع یونی، 20 نانوثانیه می باشد. دانسیته ها ی حاصل از شبیه سازی، با دانسیته ی تجربی دارای خطایی در حد 3 در صد است و بنابراین میدان نیروی مورد استفاده را، تأیید می کند. در این پایان نامه احتمال زوایای دای هدرال مختلف در زنجیره ها ی بوتیل کاتیون تترا بوتیل فسفونیوم، بررسی شد و در سیستم ها ی مورد بررسی دو زاویه ی دای هدرال 70 و 180 درجه، را محتمل تر یافتیم. نیز میانگین مربعات جا به جا یی سیستم ها (msd) و ضرائب نفوذ،مورد بررسی قرار گرفته است. نفوذ ذرات کوچک،بیشتر از ذرات بزرگ است. به همین جهت نفوذ سیستم تترا بوتیل فسفونیوم آسپارتیک اسید بیشتر از تترا بوتیل فسفونیوم گلوتامیک اسید است. محاسبه ی دقیق ضریب نفوذ کاتیون و آنیون ها باید بر اساس مرکز جرم هر یون باشد، که در مورد دو مایع یونی این پایان نامه، دو اتم فسفر و نیتروژن به ترتیب مرکز جرم کاتیون و آنیون در نظر گرفته شده است. اگر چه اتم فسفر را با تقریب بسیار خوبی می توان نزدیک به مرکز جرم کاتیون در نظر گرفت ولی اتم نیتروژن آنیون نزدیک به مرکز جرم نبوده و محاسبه بر اساس اتم نیتروژن می تواند بعنوان یک مقدار تقریبی جهت بررسی های کیفی محسوب گردد.

مایعات یونی تترابوتیل فسفونیم آمینواسید ([tbp][aa]) دارای تجدیدپذیری و کارایی بالاتری نسبت به سایر مایعات یونی می-باشد. بدلیل اهمیت این دسته از مایعات یونی، در این پایان نامه برخی از خواص ساختاری و دینامیکی دو مایع یونی تترابوتیل فسفونیم گلایسینات ([tbp][gly]) و تترابوتیل فسفونیم آلانینات ([tbp][ala]) به کمک روش دینامیک مولکولی توسط نرم افزار dl_poly2.18 بررسی شد. برای تعیین مدل مایعات یونی فوق (پارامترهای فایل ورودی field) از پارامترهای پتانسیل amber مقاله ژائو و همکارانش که در سال 2007 منتشر شده، استفاده کردیم. همچنین ساختار اولیه این مولکولها (مختصات اتمها در فایل ورودی config) توسط نرم افزار gaussian بهینه شده است. شبیه سازی ابتدا در مجموعه npt (فشار atm1 و دمای k85/321 و ?15=rc) انجام شد تا سیستم به تعادل برسد که نسبت r.m.s کمیت به مقدار واقعی کمیت بعد از تعادل از مرتبه 3-10 یا 2-10 می باشد. از نتایج شبیه سازی در این مجموعه برای تعیین چگالی، بررسی نمودارهای rdf و نمودار احتمال زاویه دووجهی در زنجیره بوتیل کاتیون [tbp] استفاده شد. چگالی مایعات یونی فوق در این شبیه سازی در توافق خوبی با چگالی محاسبه شده توسط ژائو و همکارانش است. با بررسی نمودار احتمال زاویه دووجهی زنجیره بوتیل کاتیون [tbp] و مقایسه آن با نمودار کنفورمرهای بوتان نرمال نتیجه شد که پایدارترین کنفورمر این زنجیره، فرم آنتی است. در ادامه برای بدست آوردن خواص انتفالی یونها (مانند متوسط مجذور جابجایی و ضرایب نفوذ یونها)، شبیه سازی در مجموعه nve با شرایط آزمایش فوق انجام شد. نتایج این شبیه سازی نشان داد که مقدار msd کاتیون هریک از مایعات یونی از msd آنیون آنها بیشتر است.

در بخش اول این رساله، از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مطالعه خواص دینامیکی و انتقالی 12 مایع یونی در دمای اتاق از خانواده 1- آلکیل-3- متیل ایمیدازولیم، [amim]+، (با گروه های آلکیل جانبی متیل، اتیل، پروپیل و بوتیل) همراه با آنیون های هگزا فلوئورو فسفات، نیترات و کلرید استفاده شده است. هدف بخش اول تحقیق، فراهم نمودن فهمی از ضرایب انتقالی این مایعات در سطح مولکولی است تا به افراد تجربی در انتخاب کاتیون و آنیون سازنده مایعات یونی متناسب با خواص مورد نیاز این حلال ها کمک کند. دینامیک مایعات یونی با مطالعه میانگین مربع جابجایی (msd) و تابع خود همبستگی سرعتی (vacf) برای مرکز جرم یون ها در دمای 400 کلوین مشخص شد. با انجام متوسط گیری روی مسیر ها، ضرایب نفوذ یونی از روی شیب بخش خطی نمودار های msd و از روی انتگرال vacf تعیین و ارزیابی شدند. هدایت الکتریکی از روی روابط نرنست- اینشتین و گرین-کوبو محاسبه شد و ویسکوزیته نیز از روی رابطه استوک- اینشتین تعیین گردید. نتایج ضرایب انتقالی محاسبه شده در توافق با مطالعات تجربی و محاسباتی قبلی بر روی نمک های ایمیدازولیم قرار دارد. معمولاً شبیه سازی های ما ضریب نفوذ و هدایت الکتریکی را کمتر از مقادیر تجربی محاسبه می کنند در حالی که ویسکوزیته بیشتر از مقدار تجربی تخمین زده می شود. نتایج شبیه سازی در پیش بینی روند های نسبی ضرایب انتقالی و تعیین نقش ساختار کاتیون و آنیون بر رفتار دینامیکی و انتقالی این خانواده از مایعات یونی به توافق خوبی با تجربه دست یافت. روند ضریب نفوذ برای یک دسته از کاتیون ها در حضور آنیون های یکسان به صورت [emim]+ > [pmim]+ > [bmim]+ و برای آنیون ها در حضور کاتیون های یکسان به صورت [no3] > [pf6]> [cl] است. کاتیون [dmim]+ به خاطر تقارن ساختاری و انباشتگی خوب آن در فاز مایع، ضریب نفوذ نسبی پایینی دارد. در یک خانواده با کاتیون های یکسان، مایعات یونی دارای آنیون no3– بالاترین هدایت الکتریکی را دارند: σ[no3] > σ[pf6]> σ[cl] . مایعات یونی دسته [dmim][x] به خاطر تقارن ساختاری کاتیون¬شان و انباشتگی خوب و مایعات یونی دسته [bmim][x] به خاطر برهم کنش های واندروالسی بزرگ تر، بیشترین ویسکوزیته را در بین مایعات یونی مورد مطالعه دارند. شبیه سازی های این رساله نشان می دهد که شکل هندسی، اندازه یون و عدم استقرار بار در آنیون از عوامل اصلی تعیین کننده مقدار ضرایب انتقالی هستند. در بخش دوم رساله، ما از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مطالعه¬ی ساختار, دینامیک و ذوب هم نهشت بلور دوتایی مخلوطی با کسر مولی یکسان از مایع یونی 1- اتیل-3- متیل ایمیدازولیم بیس- (تری فلوئورو متان سولفونیل) ایمید با بنزن، [emim][ntf2]•c6h6، استفاده کردیم. تغییرات در نظم مولکولی، توابع توزیع شعاعی، چگالی، انرژی پیکربندی و رفتار دینامیکی گونه ها برای تشخیص و توصیف فرایند ذوب استفاده شدند. برای پیش بینی نقطه ذوب و به منظور جلوگیری از فوق گرم شدن فاز جامد، روش ”ذوب القاء شده با نقص“ استفاده شد. نقطه ذوب محاسبه شده برابر k 4±290 به دست آمد که در توافق عالی با نقطه ذوب تجربی (k 288) است. توصیف دینامیک یون ها و مولکول های بنزن با مطالعه msd و توابع خود همبستگی جهت گیری (oacf) صورت گرفت. حضور مولکول های بنزن به مقدار استوکیومتری همبستگی های یونی بین نزدیک ترین همسایه های [emim]+ و [ntf2]– در فاز مایع را تضعیف نمی کند اما سبب افزایش msd کاتیون و آنیون در مخلوط نسبت به مایع یونی خالص می شود که نشان می دهد دومین لایه همبستگی های یونی در مخلوط دوتایی تضعیف شده اند. ما حرکت چرخشی شاخه های آلکیل جانبی کاتیون های ایمیدازولیم را مشاهده کردیم و همچنین مقدار انرژی فعال سازی برای چرخش مولکول های بنزن حول محور تقارنی 6c شان در جایگاه های شبکه¬ای آنها قبل از ذوب را محاسبه نمودیم