شبیه سازی دینامیک مولکولی نفوذ گاز هیدروژن و اکسیژن در پلی استایرن

در این پژوهش، ضریب نفوذ گازهای هیدروژن و اکسیژن و ضریب تراواپذیری گاز هیدروژن در پلی استایرن با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از میانگین مربع جا به جایی مرکز جرم گاز در پلی استایرن، ضریب نفوذ گازهای هیدروژن و اکسیژن در بازه گسترده دمایی 300 تا 500 کلوین محاسبه شد.  نتیجه های این پژوهش نشان داد که ضریب نفوذ محاسبه شده در توافق خوبی با داده های تجربی و نتیجه های شبیه سازی های گذشته هستند. همچنین، نظام نفوذ در دماهای بالاتر، در زمان کوتاه تری در مقایسه با دماهای پایین برقرار می شود. نتیجه های مربوط به وابستگی دمایی ضریب نفوذ، نشان دهنده وابستگی خطی در نمودار  لگاریتم طبیعی ضریب نفوذ در مقابل وارون دما در کل بازه دمایی مطالعه شده می باشد. از وابستگی دمایی ضریب نفوذ، انرژی فعال سازی نفوذ مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین نتیجه های ضریب تراواپذیری محاسبه شده نشان دهنده توافق بهتر نتیجه های این پژوهش با داده های تجربی در مقایسه با شبیه سازی های پیشین می باشد. بررسی تابع توزیع شعاعی بین گاز نفوذی و بخش های گوناگون زنجیره پلیمری در دماهای متفاوت نشان می دهد که مولکول های گاز در فاصله کم تری از گروه فنیل در مقایسه با گروه آلیفاتیکی قرار می گیرند. همچنین مقایسه رفتار گاز اکسیژن و هیدروژن در مجاورت زنجیره پلیمری، نشان می دهد که گاز هیدروژن در مقایسه با گاز اکسیژن به دلیل اندازه  در فاصله نزدیک تری نسبت به زنجیره پلیمری قرار می گیرد ولی  برهمکنش ضعیف تری با زنجیره پلیمری دارد.

molecular dynamics simulation of diffusion of hydrogen and oxygen in polystyrene

in this research, the diffusion coefficients of hydrogen and oxygen gases and the permeability coefficient of hydrogen gas in polystyrene are studied by using molecular dynamics simulations. the diffusion coefficients of hydrogen and oxygen gases over a wide range of temperatures 300-500 k are calculated from center-of-mass mean-square displacements of gas in polystyrene. the results of this research indicated that the calculated diffusion coefficients are in good agreement with the experimental data and the results of previous simulation studies. also, the diffusion regime at higher temperatures sets in a shorter time compared to a lower temperature. the results for the temperature dependence of the diffusion coefficient indicate that a linear correlation is valid between ln(d) and 1/t over the whole studied temperature range. we calculated the diffusion activation energy from the temperature dependence of the diffusion coefficient. also, the calculated permeability coefficients are in better agreement with experiment data compared to previous simulation studies. the radial distribution function in different temperatures between penetrant gas and different parts of the polymer chain indicates that gas molecules are closer to phenyl groups compared to aliphatic groups. our results show that hydrogen molecules which have smaller sizes compared to oxygen molecules, are closer to the polymer chain but they have weaker interaction with the polymer chain.