بررسی ساختار و خواص ترمودینامیکی سیالات محدود شده داخل نانوحفره ی کروی و نانوحفره ی بین دو کره ی تودرتوی هم مرکز بااستفاده از نظریه ی تابعی چگالی

چکیده می دانیم که امروزه مطالعهی ساختار و خواص سطحی و ترمودینامیکی سیالات محدود شده در نانوحفرات سه بعدی به علت کاربردهای فراوان صنعتی و غیر صنعتی آنها از اهمیت ویژهای در تمامی زمینهها برخوردار است. لذا این رساله به بررسی ساختار و خواص سیالات محدود شده درون نانوحفراتی با تقارن کروی اختصاص یافته است. برای مطالعه ی سامانه های مختلف از نسخه ی بسیار کارآمدmfmt نظریه ی تابعی چگالی استفاده شده است. در فصل نخست، در ابتدا افزایش یک ذره ی کروی در اندازه های کوچک تر از اندازه ی مولکول های سیال، در مرکز نانوحفره کروی بر ساختار و خواص ترمودینامیکی سیال محدود شده مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج محاسبات نشان می دهند که با افزایش ذره ی کروی و ثابت کردن آن در مرکز نانوحفره ی کروی یک حجم مستثنی شده پیرامون ذرهی کروی ایجاد میشود که به شدت خواص ترمودینامیکی سیالات محدود شده را به علت عامل آنتروپی و انرژی ناشی از حضور این حجم تحت تاثیر قرار میدهد. نتایج محاسبات دانسیتهی میانگین سیال دویوکاوا نشان از وجود گذار فاز از حالت شبه گازی به حالت شبه مایع در برخی شرایط ترمودینامیکی دارد. مقایسه نمودارهای گذار فازی سیال درون نانوحفره کروی با سیال درون نانوحفره ی کروی در حضور ذره در مرکز نانوحفره نشان میدهد که با قرار دادن این ذره ی کوچک در مرکز نانوحفره یک جهش در مکان(دانسیته ی تودهای) گذار فاز نسبت به کره ی توخالی نشان می دهد. همچنین با قرار دادن این ذره در مرکز نانوحفره به علت وجود آمدن عامل آنتروپی و قطع شدن بخشی از برهم کنش های بین مولکولی روی ذره ی کروی، قطره ی مایع ایجاد درون نانوحفره ی کروی توخالی تحلیل رفته و داخل نانوحفره پخش می شود. در بخش بعدی این فصل توابع دانسیتههای وزنی برای سامانههای با تقارن کروی پیرامون نانوحفره ی کروی با شعاع های کوچک تر از شعاع های مولکولی و درون نانوحفرات کروی محاسبه گردیده است. سپس ساختار سیالات محدود شده درون نانوحفره ی تشکیل شده بین دو کره ی هم مرکز مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها حاکی از آن است که ساختار و خواص سیالات درون نانوحفره از عامل آنتروپی و انرژی تعیین می گردد. نتایج نشان می دهد که عامل انرژی به علت نادیده گرفتن بخشی از برهم کنش های بین مولکولی ساختار سیال و به تبع آن مقادیر دانسیته های نقطه ی برخورد برروی هر دو دیواره را دچار تغییرات اساسی می کند. به طوری که با بیشینه شدن نقش عامل انرژی نسبت به عامل آنتروپی دانسیته ی نقطه ی برخورد کنار دیواره ی محدب بیشتر از دیواره ی مقعر می شود و بلعکس با بیشینه شدن نقش عامل آنتروپی نسبت به عامل انرژی دانسیته ی نقطه ی برخورد کنار دیواره ی مقعر بیشتر از دیواره ی محدب می شود. یافته های این بررسی حاکی از وجود گذار فاز سیال گاز مانند به مایع مانند به علت انحنای دیواره های نانوحفره است. به طوری که با ثابت کردن اندازه ی کره ی داخلی و با افزایش اندازه ی نانوحفره این گذار فازی اتفاق می افتد. در فصل بعدی این رساله اثرات محدودیت سه بعدی و شرایط ترمودینامیکی بر وارونگی جمعیت، جذب گزینشی و جدایی فاز مخلوط دوتایی سیال لنارد-جونز مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات ما در این فصل نشان می دهد که عوامل آنتروپی و انرژی بهینه باعث جذب گزینشی گونه ی کمتر با برهم کنش های ضعیف تر و اندازه ی بزرگ تر در سیال توده ای به داخل نانوحفره ی کروی و در نتیجه بروز پدیده ی وارونگی جمعیت در این سامانه ها می شود. مطالعات ما نشان می دهد که با تعیین بهینه شرایط ترمودینامیکی از قبیل دما نسبت اندازه ی دو ذره و اندازه ی نانوحفره ی کروی می توان باعث جذب گزینشی یک گونه به داخل نانوحفره و در نتیجه جداسازی گزینشی شد. با انتخاب بهینه این عوامل می توان به شرایطی دست یافت که جدایی دو گونه درون نانوحفره به صورت تمایل یک گونه به دیواره و گونه ی دیگر به مرکز نانوحفره همراه باشد و یا حتی حالتی را به وجود آورد که دو گونه به صورت لایه ای یک درمیان از هم جدا شوند. در نهایت به بررسی تاثیر نوع برهم کنش های سیال-سیال و سیال-دیواره و انحنا و جهت انحنای دیواره بر کمیت های کشش بین سطحی و جذب افزوده در همسایگی دیواره ی نانوحفره ی کروی پرداخته شده است. هدف اصلی بررسی روند تغییرات کشش بین سطحی و جذب افزوده ی سیالات در دو سوی دیواره ی نانوحفره کروی با تغییرات انحنای دیواره ی نانوحفره است. نتایج این فصل نشان می دهند رفتار کیفی و روند تغییرات کشش بین سطحی و جذب افزوده ی سیالات وابسته به جهت انحنای دیواره است. در حالی که علامت این کمیت ها برای هر دو سوی دیواره یکسان است. بررسی ها حاکی از وجود یک رابطه ی خطی بین کشش بین سطحی سیالات در دو سوی دیواره و همچنین جذب افزوده ی سیالات در دو سوی دیواره است. علاوه براین مطالعات نشان می دهد که این رابطه خطی بین کشش بین سطحی و جذب افزوده در هر سوی دیواره همواره برقرار است.