Molekulární simulace chemicky reagujících tekutin v nanoporézních materiálech

Kdybychom se mohli zmenšit a vstoupit do světa nanoporézních materiálů - materiálů mající póry velikosti 10-9 m, voda by se vařila při nižší teplotě než 100oC a tuhla by až po ochlazení hluboko pod 0oC. Jedinečnost nanoporézních materiálů, jakými jsou např. aktivní uhlí tvořené sítí rovinných pórů nebo uhlíkové nanotrubičky mající cylindrické póry, tkví v enormní velikosti povrchové plochy nanopórů. Ta např. v případě jednoho gramu aktivního uhlí dosahuje 1.500 m2. Tekutiny, které jsou uzavřeny v takových nanopórech, vykazují výrazně odlišné chování a vlastnosti oproti normálním podmínkám. U tekutin v nanorozměrech tak např. dochází ke změně normálního bodu varu a bodu tuhnutí či výskytu specifických typů fázových přeměn.

Tato výrazná a mnohdy neočekávaná změna vlastností a chování tekutin je důsledkem enormní povrchové plochy a nanorozměrů pórů, při kterém dochází k přímému ovlivňování molekul tekutin povrchovým působením nanopórů. Vlastnosti a chování tekutin v nanopórech jako i možnost je ovlivňovat např. změnou velikosti nanopórů či změnou nanouspořádání povede v budoucnu k jejich revolučnímu technologickému využití např. v energetických zásobnících na bázi vodíku, v nových nanoreakčních a nanoseparačních procesech či k výrobě různých zařízeních pracujících na molekulárních principech.

Naše znalosti o vlastnostech a chovaní tekutin v nanorozměrech jsou převážně empirického rázu, neboť je velice obtížné a ve většině případů nemožné tyto vlastnosti a toto chování přímo měřit. V posledních asi 15 letech se proto s rozvojem výkonných počítačů začínají využívat molekulární simulace. Ty umožňují zkonstruovat modely nanoporézních materiálů o různé realističnosti a provést přímé "numerické experimenty" – simulace na molekulární úrovni - chování tekutin v nanoporézních materiálech. Takto jsou v rámci projektu v Termodynamické laboratoři E. Hály Ústavu chemických procesů AV ČR studovány chemicky reagující tekutiny uzavřené v nanoporézních materiálech. Cílem projektu je popsat a kvantifikovat vlivy nanouspořádání a nanorozměrů na chemicky reagující tekutiny a tím otevřít cestu k návrhu a praktickému využití nanochemických prvků, jakými jsou např. nanoreaktory či membránové nanoreaktory.

www.avcr.cz

Příbuzné články

Nová sloučenina uhlíku - Propojit uhlíkovou nanotrubici s fullerenem se podařilo vědcům z Helsinské technologické univerzity (6.3.2007)