مطالعه دینامیک مولکولی رفتار ترشوندگی سطح اصلاح شده (001) کوارتز با استفاده از نانوذرات آبران

در تحقیق حاضر، اصلاح آبرانی سطح کانی‌ کوارتز توسط جذب نانوذرات آبران پلی استایرن و گرافن به کمک شبیه‌سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفت. شبیه‌سازی‌ها روی سطح (001) کانی بشدت آبدوست کوارتز انجام گرفت. نانوذرات پلی‌استایرن با درصد پوشش‌های مختلف سطح و نانوشیت‌های گرافن بصورت یک، دو، چهار و شش لایه ایجاد و جذب آن بر روی سطح کوارتز شبیه‌سازی شد.سپس زاویه تماس، ممان دوقطبی‌های مولکول های آب و اندرکنش‌های درون‌مولکولی و بین‏مولکولی مابین نانوذرات مختلف، سطح کوارتز به عنوان یک بستر فوق آبدوست و مولکول‏های آب تشکیل‌دهنده قطره بعنوان شاخص ترشوندگی، مورد اندازه‌گیری قرار گرفتند. تحلیل نتایج حاصل از انجام شبیه سازی‌ها نشان داد که سطح بکر و بدون پوشش کانی کوارتز یک توزیع بالا ولی نامتقارن از بار الکتریکی تحمل میکند که موجب ایجاد تنش شدید سطحی و رفتار آبدوستی شدید سطح کانی می‌شود. ولی، با جذب نانوذرات پلی‌استایرن و گرافن، رفتار ترشوندگی سطح دگرگون شده و به آبران تغییر می‌یابد. تغییرات در انرژی سطح ناشی از جذب نانوذرات نیز، به صورت متقابل سبب تغییرات گسترده در آرایش ممان دوقطبی‌ مولکول‌های آب نانوقطرات شکل گرفته بر روی سطح کوارتز می‌گردد.

a molecular dynamics study on the wettability property of modified hydrophilic quartz (001) surface with hydrophobic nanoparticles

in this study, molecular dynamics simulation was used to investigate the modification of quartz surface with adsorption of polystyrene and graphene nanoparticles. the simulations were performed on the super‌hydrophilic quartz (001) surface. polystyrene nanoparticles in three different percentages of surface coverage (5, 7, and 10) and one, two, four, and six layers’ graphene nano‌sheets were created and adsorbed on the quartz surface. then, contact angle, dipole moments, and intermolecular and intermolecular interactions between different nano‌particles, quartz surface as a super hydrophilic substrate, and water molecules in the nano droplets were measured as the indicators of surface wettability. analysis of the simulation results showed that the net and uncovered surface of quartz tolerates a high and asymmetric distribution of partial charge, causing a severe surface stress and intense hydrophilic behavior of the mineral surface. however, with the adsorption of polystyrene and graphene nanoparticles, the wettability behavior of the surface was changed to hydrophobic. besides, changes in the surface energy due to nanoparticle adsorption, led to extensive changes in the dipole moment arrangement of water molecules on the quartz surface.