HYDRODYNAMIC SLIP LENGTH OF WATER IN CARBON-BASED NANOCONFINEMENTS: A MOLECULAR DYNAMICS INVESTIGATION

Authors : Alper CELEBI, Jafar GHORBANIAN, Ali BESKOK

Pages : 137-149

View : 25 | Download : 16

Publication Date : 2019-10-31

Article Type : Research Paper

Abstract :Bu calışmada karbon-bazlı nanokanallar ve periyodik sistemlerdeki iyonsuz su akışları, moleküler dinamik simülasyonları ile incelenmiştir. Farklı boyutlara sahip karbon nanotüpler ve grafen kanalların içindeki kayma mesafeleri, sabit termodinamik koşullar altında elde edilmiştir. Kayma mesafesi Navier kayma sınır koşulları ile ifade edilip, kanal yüksekliğindeki hız profilleri kullanılarak hesaplanmıştır. Nanokanal simülasyonları boyut ve şekilden bağımsız olarak hem silindirik karbon nanotüplerde hem de düzlemsel grafen kanallarda sabit eksenel hız (plug) profilleri ve yüksek kayma mesafesi göstermiştir. Bu yüksek kayma mesafelerinin sebepleri, karbon nanokanalların sahip olduğu pürüzsüz yüzey alanı ve yüksek atom yoğunluğu ve bununla birlikte su molekülleri ile karbon atomları arasında oluşan zayıf moleküler arası bağlardır. Boyutları 2.71 nm ile 9.52 nm arasında değişen grafen kanalları için yaklaşık 64 nm büyüklüğünde sabit bir kayma mesafesi elde edilirken, bu parametrenin karbon nanotüplerde kanal çapının bir fonksiyonu olduğu tespit edilmiştir. Benzer boyutlara sahip karbon nanotüplerde, kayma mesafesi artan nanotüp çapı ile azalmakta olduğu gozlenmiştir, 204 nm ile 68 nm arası değişen kayma mesafeseleri elde edilmiştir.
Keywords : Nanokanallarda akış, moleküler dinamik, kayma mesafesi, grafen, karbon nanotüp