اثر مهار و مکانیسم های پلیمرهای هوشمند در انتقال مایعات در سراسر کانالهای نانو

The inhibiting effect and mechanisms of smart polymers on the transport of fluids throughout nano-channels

چکیده
1- مقدمه
2- روش ها
2-1- روش های محاسباتی
2-2- روشهای تجربی
3- نتایج و بحث ها
3-1- شبیه سازی پویایی های مولکولی
3-2- آزمایشات
4- نتیجه گیری

چکیده

انتقال یون ها در سراسر نانو-کانال ها برای عملکرد مواد متخلخل ضروری است. در اینجا، یک پلیمر جدید هوشمند با اجزای آبگریز و آبدوست توسط پویایی های مولکولی طراحی می شود تا فرایند نفوذ مویرگی را در مواد مبتنی بر سیمان تنظیم کند، که دوام کلی را تعیین می کند. ساختار پلیمری در یک انتها دارای گروه های کربوکسیل است که به دلیل قطبی بودن زیاد و همچنین چندین گروه آلکیل جذب می شود. زنجیره پلیمری مانند یک دروازه یک طرفه عمل می کند، که زمانی باز است (روی سطح ماتریس قرار گرفته) که منفذ نانو، بی آب باشد. با این حال، می توان آن را به سرعت (به صورت ایستاده، عمود بر ماتریس) با استفاده از گروه های آب گریز بست تا تاثیر مهار انتقال را هنگام تعامل با مایعات پیشرونده به حداکثر برساند. علاوه بر این، یک مهار کننده انتقال مایعات براساس مکانیسم های بالا ساخته می شود و به مخلوط های بتنی اضافه می شود. نتایج تجربی پس از تلفیق این مهارکننده، میزان جذب آب را نشان می دهند و نرخ مهاجرت یونی بتن، کاهش چشمگیری را تجربه می کند، که نشان دهنده افزایش قابل توجهی در دوام نمونه ها است. همچنین، فعل و انفعالات سطحی که در اینجا تفسیر شدند، ممکن است روزنه ی جدیدی بر درک پلیمرهای هوشمند و کاربرد آنها در ماتریس های مختلف ایجاد کنند.

4- نتیجه گیری

یک ماده مهار کننده جدید انتقال یون در این تحقیق طراحی، ساخته و آزمایش می شود. شبیه سازی های پویایی های مولکولی برای تعیین یک ساختار شیمایی مناسب از پلیمرهای هوشمند استفاده می شوند تا نفوذ مویرگی مایعات را تنظیم کنند، در حالی که آزمایشات انجام می شوند تا اثر مهار پلیمرها را بر انتقال آب و یونهای کلرید در ماتریس سیمانی متخلخل آزمایش کنند.
پلیمر هوشمند طراحی شده باید دارای یک انتهای آبدوست ( ) و تعداد زیادی گروه های آب گریز (آلکیل) باشند. از یک سو، گروه کربوکسیل جذب پایدار بر روی سطح C-SH را به علت جذب الکترواستاتیک قوی بین اتم های اکسیژن با قطبیت بالا (از ) و یون های کلسیم (از سطح C-S-H) تضمین می کند. از سوی دیگر، زنجیره های آب گریز به ممانعت از انتقال مایعات کمک می کنند. در چنین سناریویی، وقتی مایعات در یک منفذ ژل C-SH پیشروی می کنند، زنجیره های پلیمری هوشمند با یک انتهای جذب در سطح ماتریس، به تدریج عمود بر ماتریس قرار می گیرند، که کانال را مسدود کرده و ناحیه سطح مقطع یک مسیر انتقالی را کاهش می دهد. بنابراین، عمق نفوذ و میانگین مربع جابجایی های مولکول های حجیم آب و یون های کلرید به صورت چشمگیری هنگام مقایسه با فرایند نفوذ مویرگی آزاد کاهش می یابد.
براساس مکانیسم های تعاملی در میان ماتریس C-S-H، مایعات و مواد آلی که در بالا توضیح داده شد، پلیمرهای هوشمند در مهارکننده های انتقال یون ها ساخته می شوند و به مخلوط های بتنی اضافه می شوند. نتایج تجربی ثابت می کنند که میزان جذب آب و نرخ مهاجرت یون کلرید نمونه های بتنی، کاهش چشمگیری را نشان می دهد، که نشان دهنده بهره وری بالای مهار کننده انتقال یونی و افزایش قابل توجه در دوام سازه های بتنی مسلح است.

Abstract

The transport of ions throughout the nano-channels is vital to the performance of porous materials. Here, a novel smart polymer with both hydrophilic and hydrophobic components was designed by molecular dynamics to regulate the capillary penetration process in cement-based materials, which determines the overall durability. The polymer structure owns carboxyl groups at one end, which are strongly attracted by the surface of a cementitious matrix due to the high polarity, as well as several alkyl groups. The polymer chain acts like a unilateral gate, which is open (lie on the matrix surface) when the nano-pore is anhydrous. However, it can be closed rapidly (stand upright, vertical to the matrix), utilizing the hydrophobic groups to maximize the transport inhibiting effect once in contact with the advancing fluids. Furthermore, a fluid transport inhibitor was fabricated based on the above mechanisms and added to the concrete mixtures. The experimental results indicate after the incorporation of this inhibitor, the water adsorption amount and chloride ion migration rate of concrete experience a huge decrease, indicating a substantial enhancement in the durability of samples. The surface interactions interpreted here may also shed new light on the understandings of smart polymers and their applications onto various matrixes.

4- Conclusions

A novel ion transport inhibiting material was designed, fabricated and tested in this work. Molecular dynamics simulations were employed to determine a suitable chemical structure of smart polymers to regulate the capillary penetration of fluids, while experiments were carried out to test the real inhibiting effect of polymers on the transport of water and chloride ions in the porous cementitious matrix. The designed smart polymer should own one hydrophilic (eCOO−) end and large numbers of hydrophobic (alkyl) groups. On the one hand, the carboxyl group ensures the stable adsorption on the surface of C-SH, due to the strong electrostatic attraction between high polarity oxygen atoms (from eCOO−) and calcium ions (from C-S-H surface). On the other hand, hydrophobic chains help prevent the transport of fluids. In such a scenario, as fluids were advancing in a gel pore of C-SH, smart polymer chains, with one end adsorbing on the matrix surface,
gradually stood perpendicular to the matrix, which blocked the channel and decreased the cross-sectional area of a transport path. Therefore, the penetration depth and mean square displacements of bulk water molecules and chloride ions were dramatically decreased, as compared with the free capillary penetration process. Based on the interaction mechanisms among C-S-H matrix, fluids, and organics elucidated above, smart polymers were made into ions transport inhibitors and added to the concrete mixtures. The experimental results prove that the water adsorption amount and chloride ion migration rate of concrete samples experience a huge decrease, indicating the high efficiency of the ion transport inhibitor and substantial enhancement in the durability of reinforced concrete structures.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اثر مهار و مکانیسم های پلیمرهای هوشمند در انتقال مایعات در سراسر کانالهای نانو

The inhibiting effect and mechanisms of smart polymers on the transport of fluids throughout nano-channels

بررسی خواص، کاربردها و فاکتورهای دینامیکی پلیمرهای هادی به عنوان یک ماده هوشمند

Investigating the Properties, Applications and Dynamic Factors of Conductor Polymers as anintelligent Material

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

بررسی خواص، کاربردها و فاکتورهای دینامیکی پلیمرهای هادی به عنوان یک ماده هوشمند

Investigating the Properties, Applications and Dynamic Factors of Conductor Polymers as anintelligent Material

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.