METODOS NUM

En la interacción agua-carbono para uso en simulaciones de dinámica molecular de grafito y nanotubos de carbono


Un estudio sistemático de dinámica molecular muestra que el ángulo de contacto de una gota de agua sobre los cambios de grafito significativamente como una función de la energía de interacción de carbono-agua. Junto con la observación de que una relación lineal puede establecerseentre el ángulo de contacto y la energía de enlace monómero agua de grafito, una nueva ruta para calibrar los parámetros potenciales de interacción se presenta. A través de una variación del tamaño de las gotitas en el rango de 1000 a 17 500 moléculas de agua, se determina la tensión de la línea de ser positivo y en la orden de 2 × 10-10 J / m. Para recuperar un ángulo de contacto de 86 °macroscópica, la unión de un monómero de agua de energía de -6,33 KJ mol se requiere-1, que se obtiene mediante la aplicación de un potencial de carbono-oxígeno Lennard-Jones con los parámetros? CO) 0.392 kJ mol-1 y σCO) 3.19 Å. Para esta nueva interacción potencial de carbono del agua, presentamos los perfiles de densidad y distribuciones de enlaces de hidrógeno de una gota de agua en el grafito.

1.Introducción
La posibilidad de funcionalización de nanotubos de carbono (CNT), su alta resistencia mecánica, y sus inusuales propiedades electrónicas hacen posible una amplia gama de aplicaciones innovadoras de CNT en la tecnología de sensores. El primer sensor exitoso con implementaciones basadas en nanotubos de carbono incluyen electromecánico, químicos, y sensores biologicos. Porque los biosensoresnormalmente operan en ambientes acuosos, es importante tener una comprensión profunda de la interacción entre los CNT y agua. Las propiedades humectantes de CNT de pared simple, que son determinados por la fuerza de estas interacciones, han sido observadas por Dujardin et al, quien encontró que los líquidos con la superficie tensión por debajo de un valor umbral de 130-170 mN / m haces húmedos delos nanotubos de carbono de una sola pared. Una observación experimental directa de la humectación de varias hojas CNT por inclusiones acuosas compuesta de 85,2% de agua, 7,4% de CO2, CH4 y el 7,4% se informó por Gogotsi et al. Sin embargo, estos nanotubos son propensos a tener numerosos defectos y grupos hidroxilo o carboxilo unido. La conclusión de que el agua pura con una tensión superficial de72 mN / ma temperatura ambiente debe mojar CNT contrasta con la baja solubilidad de CNT en agua. Para el estrechamente relacionado sistema de agua sobre las superficies de grafito, hay más datos experimentales disponibles. En 1940, Fowkes midió el ángulo de contacto de agua de grafito utilizando el método de la placa de inclinación y encontró un valor de 86 °. Un resultado similar (84 °) esreportado por Morcos que empleo el método de aumento menisco de agua en pirolítico grafito. Tadros et al, ha utilizado el método de la burbuja cautiva para encontrar un ángulo de contacto de avance del agua de grafito de 60 a 80 °. Un valor considerablemente más bajo, a saber, 42+-7 °, se estimó por Schrader. En un reciente estudio de microscopía de fuerza atómica, un máximo ángulo de contacto de 30 °fue encontrado por las gotas de agua de grafito expuesto a alta humedad relativa. Sin embargo, los autores afirman que las posibles contaminaciones de la superficie podrían influir en sus resultados. En el presente trabajo, se comparan ángulos de contacto obtenidos a partir de simulaciones de dinámica molecular con los valores experimentales de ambos Fowkes (86 °) y Schrader (42 +-7 °).Simulaciones de dinámica molecular (MD) se pueden utilizar para complementar los datos experimentales sobre la interacción CNT-agua. El nivel de la descripción detallada atómicamente en MD ha permitido estudios de las propiedades del agua confinadas dentro CNT como la red de enlaces de hidrógeno, los ángulos de contacto, formación de nanotubos de hielo ordenados, conducción de agua espontánea,...