بررسی مکانیسم عبور آب، یون و سوخت درون شبکه پلی الکترولیتی/ بهینه سازی غشا‌های پلی الکترولیت

محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با تکیه بر دانش خود موفق به بررسی مکانیسم عبور آب، یون و سوخت در شبکه پلی الکترولیتی به منظور بهینه سازی غشا‌های پلیمری تبادلگر یونی با استفاده از ابزار شبیه سازی دینامیک مولکولی شدند.

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محمد جعفررضایانی دانش‌آموخته مقطع دکتری و مجری طرح «شبیه‌سازی دینامیک مولکولی نفوذ آب در شبکه‌های پلی الکترولیتی: اثر گروه‌های آب‌دوست و آب‌گریز» گفت: کمبود یک مطالعه جامع از بررسی فرایند اصلی نفوذ کوچک مولکول‌ها مانند آب، یون و سوخت (عموماً متانول) درون سامانه‌های پلی الکترولیتی (غشا‌های تبادلگر یونی) مورد استفاده در پیل‌های سوختی و غشا‌های تصفیه کننده آب و همچنین پارامتر‌های ساختاری شبکه پلی الکترولیت بر این فرایند ما را بر آن داشت تا به مطالعه دقیق‌تر در این حوزه بپردازیم.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

وی ادامه داد: دلیل اصلی این کمبود ناتوانی دستگاه‌های آزمایشگاهی در مشاهده جزئیات فرایند نفوذ و تأثیر پارامتر‌های ساختاری شبکه پلی الکترولیت بر فرایند نفوذ در مقیاس مولکولی است که با استفاده از ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی پارامتر‌های مؤثر بر این فرایند، از جمله تأثیر پارامتر‌های ساختاری شبکه پلی الکترولیت بر فرایند نفوذ با دقت مولکولی مورد بررسی قرار گرفت.

وی با بیان اینکه ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به بررسی فرایند‌های مختلف فیزیکی و شیمیایی در مقیاس مولکولی می‌پردازد، گفت: با شناخت پارامتر‌های تأثیرگذار بر فرایند نفوذ در مقیاس مولکولی یا میکروسکپیک می‌توان رفتار سیستم را در مقیاس بزرگ یا ماکروسکپیک پیش بینی کرد.

وی ادامه داد: در این تحقیق، علاوه بر نحوه تشکیل کانال‌های آبی و بررسی پارامتر‌های ساختاری تأثیر گذار بر فرایند نفوذ کوچک مولکول‌های مذکور، توانستیم یک رابطه کمّی بین پارامتر‌های اصلی ساختاری شبکه پلی الکترولیت تعیین کننده رفتار نفوذ و ضریب نفوذ کوچک مولکول‌ها با استفاده از ابزار شبیه سازی دینامیک مولکولی ارائه دهیم که به نوبه خود گام بسیار مهم و ایده بسیار جدید در بررسی رفتار نفوذی درون پلی الکترولیت‌های تبادل یونی هست.

به گفته محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر، برای بررسی یک فرایند با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و به عنوان اولین چالش نیاز است تا ثابت کنیم نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیک مولکولی نتایج قابل اعتمادی است. به این منظور، نیاز به معرفی دقیق سامانه‌های پلیمری مورد مطالعه به نرم‌افزار شبیه سازی و همچنین مقایسه برخی از داده‌های شبیه سازی با داده‌های آزمایشگاهی، مانند دانسیته، است.

وی ادامه داد: به دلیل جدید بودن موضوع مورد مطالعه و نبود مطالعات شبیه سازی پلی الکترولیت‌های مذکور محاسبات بسیار زیادی برای پارامتریزه کردن ساختار‌ها انجام شد که در حقیقت پیچیدگی اصلی این پژوهش بود و زمان بسیار زیادی را به خود اختصاص داد.

وی گفت: استفاده از غشا‌های تبادل یونی در صنایعی مانند تولید پیل‌های سوختی، غشا‌های تصفیه آب و صنایع غذایی کاربرد فراوانی دارد.

از یک طرف، به دلیل هزینه بسیار پایین‌تر ابزار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی در مقایسه با روش‌های آزمایشگاهی و از طرفی دیگر قابلیت مشاهده فرایند در مقیاس مولکولی توسط این ابزار، که توسط هیچ دستگاه آزمایشگاهی قابل مشاهده نیست، روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به یک ابزار استثنائی برای انجام پروژه‌های مربوط به فرایند نفوذ و مطالعات مشابه تبدیل شده است.

وی با اشاره به کاربرد‌های پروژه گفت: کاربرد‌های این مطالعه بهینه‌سازی غشا‌های پلیمری از جمله پلی الکترولیت‌ها به منظور بهبود انتخاب پذیری آن برای عبور کوچک مولکول‌ها است. منظور از انتخاب پذیری قابلیت عبورپذیری جزء دلخواه بدون عبوردهی اجزای بی‌اهمیت است. به عنوان مثال، در بحث پیل‌های سوختی هدف اصلی ما عبور دهی بالای یون و جلوگیری از عبور سوخت است که معمولاً سوخت مورد استفاده در پیل‌های سوختی متانول است.

گفتنی است، اساتید راهنمای این پروژه دکتر فرهاد شریف، دکتر حسام مکّی و استاد مشاور دکتر رولاند نتز هستند.

منبع: خبرگزاری دانشجو

کلیدواژه: دانشگاه امیرکبیر یون مقیاس مولکولی کوچک مولکول ها پیل های سوختی

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت snn.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری دانشجو» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۱۵۶۶۸۲ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

کشف راه‌حل پرورش گیاهان در سیاره سرخ

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از رویترز، برای اینکه پایگاه‌های انسانی یا مستعمرات آینده در مریخ خودکفا شوند، یک منبع قابل اعتماد از غذای خانگی ضروری است و صرفا تکیه بر تحویل غذا توسط موشک و تامین نیازهای غذایی افراد ساکن در مریخ به این شکل بسیار پرهزینه و خطرناک است. با در نظر گرفتن این موضوع، دانشمندان در حال بررسی راه‌هایی برای بهینه سازی کشاورزی فضایی هستند.

کشت مخلوط، کلید پرورش گیاه

محققان در یک گلخانه کنترل‌شده در دانشگاه و مرکز تحقیقات واگنینگن در هلند راهی را شناسایی کرده‌اند که نویدبخش بهبود عملکرد محصول در خاک شبیه‌سازی‌شده مریخ است؛  در این روش محصولات مختلف با هم رشد می‌کنند و کشاورزان پیشین نام «کشت مخلوط» را بر آن نهاده‌اند.

تفاوت رشد گیاه در کشت مخلوط

محققان در آزمایشات خود گوجه گیلاسی، نخودسبز و هویج را با هم در گلدان پرورش دادند. گوجه‌فرنگی‌هایی که به این روش رشد می‌کنند تقریباً دو برابر گوجه‌فرنگی‌هایی هستند که به تنهایی در همان خاک شبیه‌سازی‌شده مریخ با میوه‌های بیشتر و بزرگ‌تر رشد می‌کنند. گوجه‌فرنگی‌ها نیز زودتر گل داده و بالغ شدند، در هر بوته میوه بیشتری دادند و ساقه‌های ضخیم‌تری داشتند، اما عملکرد نخود و هویج با کشت مخلوط افزایشی نداشت.

رویای دست‌یافتنی کشاورزی در مریخ

ربکا گونسالوز، اختر زیست شناس و نویسنده ارشد این مطالعه که روز چهارشنبه در مجله «پلوس وان»(PLOS ONE) منتشر شد، گفت: از آنجایی که این تحقیق پیشگام است، باید بررسی شود که این روش کشت مخلوط در کشاورزی فضایی چگونه پاسخ می‌دهد؛ اما اینکه روش کشت مذکور برای یکی از این سه گونه عمل کرد یافته بزرگ و کشفی بود که اکنون می‌توان تحقیقات بیشتری روی آن انجام داد. نکته مورد توجه در شرایط حال حاضر تنظیم شرایط آزمایشی تا زمانی است که بهینه‌ترین سیستم مشخص شود و بدین ترتیب می‌توان گونه‌های مختلف و گونه‌های بیشتری را کاشت و پرورش داد‌.

شبیه‌‌سازی خاک مریخ در آزمایشگاه ناسا

به گفته دانشمندان، این محصولات در محیط سنگی شبیه سازی شده مریخ  و خاکی بدون مواد آلی که توسط محققان ناسا توسعه داده شده است، رشد کرده‌اند که تطابق فیزیکی و شیمیایی تقریباً کاملی با خاک واقعی مریخ دارد. محققان باکتری‌های مفید و مواد مغذی را ابه این خاک اضافه کردند و گازها، دما و رطوبت داخل گلخانه را برای مطابقت با شرایط مورد انتظار در گلخانه مریخی کنترل کردند..

نبود باران معضل اصلی کشت گیاه

یکی از چالش‌های اصلی کشت گیاهان در مریخ، محدودیت‌های محيطی است که این سیاره دارد، نبود بارش باران، دمای بسیار پایین و تغییرات جوی شدید از جمله این موارد است. برای مواجهه با این چالش‌ها، محققان به دنبال روش‌هایی مثل مهیا کردن محیط کشت هیدروپونیک هستند که می‌تواند به راهکارهای مناسب برای کشت گیاهان در سیارات دیگر کمک کند. همچنین، تکنولوژی‌های نوینی مانند درگاه‌های نور مصنوعی و سیستم‌های کنترل محیطی پیشرفته نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند تا با موفقیت گیاهان را در شرایط مریخ رشد دهند.

تامین گیاه و چشم‌انداز سکونت بشریت در سیاره سرخ

هدف نهایی از این تحقیقات، بهبود عملکرد محصولات کشاورزی در مریخ و ایجاد یک پایگاه برای ساکنان آینده این سیاره است. این پروژه‌ها به عنوان یک گام مهم برای اکتشاف فضا و استقرار بشریت بر روی سایر سیارات محسوب می‌شوند و در آینده نزدیک به انسان‌ها کمک کنند تا سفرهای بیشتری به فضا انجام دهند.

انتهای پیام/