دینامیك فعال شده, فقدان كارسنجی و انتقال  در مایعات ابر سرد

دینامیك فعال شده, فقدان كارسنجی و انتقال در مایعات ابر سرد – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

دینامیك فعال شده، فقدان كارسنجی و انتقال  در مایعات ابر سرد

انستیتو علوم فیزیكی و تكنولوژی و دپارتمان شیمی، دانشگاه مریلند، ایالات متحده

بخش ترموفیزیك، انستیتوی ملی استاندارد و تكنولوژی

چكیده

دینامیك انتقال از مایع ابر سرد به شیشه براساس چندین آزمایش مورد بررسی قرار می گیرد: معیارهای كارسنجی، ضرایب خودنفوذی، توابع خود همبستگی وان ها (Van Hove)و گرانروی برشی. محاسبات دینامیك مولكولی فشار ثابت در چندین دما برای مخلوط لنارد- جونز و مخلوط های دوتایی كره های نرم انجام  می شوند. وابستگی دمایی پارامترهای نفوذ كارسنجی برای هر دو سیستم از قانون وگل- فولچر پیروی می كند. از طرف دیگر، ضرایب خودنفوذی برای سیستم كره نرم رفتار آرینوسی اما برای سیستم لنارد- جونز رفتار وگل ـ فولچر نشان می دهد این مشاهدات نشان می دهند كه فقدان كارسنجی مؤثر خصوصیت عمومی مواد تشكیل دهنده شیشه می باشند. آزمایشهای مختلف دینامیك مخلوط‌هایی كه در اینجا بررسی شده اند، نشان می دهند كه مكانیسم انتقال جرم از فرایند نفوذی ساده به فرایندی كه شامل انتقالات فعال شده است، به شدت تغییر می كند. دمایی كه درآن، این پدیده روی می دهد از دمای انتقال شیشه ای  بالاتر است و در محدوده  قرار می گیرد. در این محدوده دمایی، زمانهای كارسنجی مؤثر خیلی افزایش می یابد و این امر حاكی از آن  است كه فرایند استراحت با حضور سدهایی در فضای پیكربندی برتری پیدا می كند. ما این نكته را نیز نشان می دهیم كه در محدوده دمایی كه در آن، زمان های همگرایی كارسنجی افزایش می یابد، رابطه استوكس ـ اینشتین میان گرانروی برشی و ضرایب خودنفوذی شروع به شكستن می كند.

1- مقدمه

مكانیسم افزایش قابل توجه گرانروی هنگامی كه دما كاهش می یابد حتی برای ساده‌ترین مواد تشكیل دهنده شیشه دقیقاً شناخته نشده است. تعیین خصوصیات كلیدی مواد شیشه ای كه تا حد زیادی مستقل از پتانسیل بین مولكولی می باشند، دشوار است. طبقه‌بندی شیشه ها بوسیله آنجل به «ترد» و «سخت» سؤالاتی را در مورد روشهای تئوری رسیدن به شیشه ها را مطرح كرده است]1[. مدلهایی كه در این مقاله بررسی شده اند، مثالهایی از شیشه های «ترد» اجسامی با دو ویژگی برجسته، می باشند. ویژگی اول افت قابل توجه گرمای ویژه در فشار ثابت C_P به هنگام رسیدن دمایT به دمای انتقال شیشه ای  می باشد. ویژگی دوم اینست كه وابستگی دمایی گرانروی، (T)_S در دماهای به اندازه كافی پاین به وضوح رفتار ضد آرینوسی نشان می دهد و اغلب با فرم تابع معروف وگل ـ فولچر تطابق پیدا می كند]2[. در مقاله اخیر چنین استدلال می كنیم «خصوصیات عمومی» ( خصوصیاتی كه از پتانسیل بین مولكولی صریح مستقل هستند) مواد تشكیل دهنده شیشه براساس فقدان كارسجی هنگامی كه درجه _{ابر سرد}شدگی افزایش می یابد، فهمیده می شود]3[. در نتیجه سیستم نمی تواند بر سدهای انرژی پتانسیل جهت نفوذ در مقیاس زمانی مشاهدات غلبه كند. هدف این مقاله توسعه و اثبات این ایده می باشد. علاوه براین، استدلالهایی را فراهم می كنیم تا نشان دهیم كه مرحله افزایش شدید در مقیاس زمانی مورد نیاز برای بدست آوردن كار سنجی مؤثر با تغییر مكانیسم نفوذ تك ذره ارتباط دارد. یكی از كشفهای مهم اخیر در مورد حالت سیالات كاملاً ابر سرد مشخص شده در تشكیل دهنده های شیشه ترد، حضور انتقال دینامیكی است كه در دمای خیلی بالاتر از دمای انتقال شیشه ای آزمایشگاهی روی می دهد]4[چنین تصور می شود كه این انتقال، ویژگی ترمودینامیكی مایعات ابر سرد است كه از نظر فیزیكی مهم می باشد اما انتقال شیشه ای كه وابستگی آن به روش حالت تهیه شده كاملاً معلوم است، از اهمیت اساسی كمتری برخوردار است. چنین تصور می شود كه این انتقال دینامیكی بر تغییر حركت انتقالی كوتاه مدت مولكولها از جابه‌جایی‌های پیوسته كوچك به مراحل جهشی بزرگ كه با فواصل زمانی بزرگ در مقایسه با طول مراحل جدا می شود، دلالت دارد. در این دیدگاه ، انتقال با استقرار كوتاه مدت ذرات همراه است نه با ثابت ماندن در موقعیتهایی كه در انتقال شیشه‌ای روی می دهد.

برخلاف استقرار كوتاه مدت ذرات در ناحیه معینی از فضای پیكربندی كه در بالا توصیف شده، استقرار سیستم در یك چاه انرژی پتانسیل برای كل سیستم خواص ترمودینامیكی معینی ایجاد می كند نظیر كاهش گرمای ویژه و تغییر ماهیت استراحت ساختاری. در یك مجموعه میكروكانونی هنگامی كه انرژی كل E از ارتفاع سد مخصوص E_B بزرگتر است، نمودار سد انرژی پتانسیل نامناسب است و نفوذ ذرات بوسیله خصوصیات مراحل جابجایی كوچك معمول در حركت براونی پیشرفت می كند اما هنگامی كه انرژی تا E_B كاهش می یابد، سیستم با سدهای پتانسیل با ارتفاع های مختلف مواجه می شود. در این مورد، فكر كردن درباره «استقرار» سیستم در یك چاه مخصوص در بعضی زمانها از انتقال فعال شده(كه احتمالاً شامل تغییر قابل توجهی در موقعیتهای چندین ذره می باشد) تا حداقل پتانسیل«مجاور» مفید می باشد.

این تصور مدتی پیش بوسیله گلداشتاین]5[ ارائه شد. او چنین استدلال كرد كه فرایند استراحت ساختاری آهسته كه در حالات شیشه ای ماده گرانروی بزرگی ایجاد می كند ناشی از حضور سدهای انرژی پتانسیلی است كه در مقایسه با انرژی گرمایی بزرگ می باشند. برای آنكه جریان گرانرو(ویسكوز) روی دهد، افت و خیزها باید بر این سدها غلبه كنند كه مسلماً به ندرت چنین اتفاقی روی می دهد. بنابراین  در دماهای به اندازه كافی پایین، سیستم اساساً در یك چاه شبه پایدار است و نمی تواند انتقالاتی را برای رسیدن به آرایشهای مطلوب تر، دست كم در مقیاس زمانی مشاهدات، انجام دهد. مدت زمان این حالت استقرار به دما كاملاً وابسته است اما گلداشتاین چنین تخمین زد كه فكر كردن درباره فرایند استقرار در یك چاه مخصوص به محض اینكه زمان استراحت به حدود  s^{9 –}10 می رسد، معنی‌دار می شود. از این لحاظ، شخص باید چنین استدلال كند كه سیستم در فاصله زمانی  اساساً در یك چاه شبه پایدار مستقر است. در رابطه فوق ، زمان میكروسكوپی تقریباً  s^12-10 می باشد،  E_B ارتفاع سد نوعی،T دما و K_B ثابت بولتسمان است. اگر مقیاس زمانی مشاهدات خیلی كمتر از  t_Bباشد، كه برای  چنین موردی روی می دهد، فروشكستگی در كارسنجی مؤثر وجود خواهد داشت.

گرچه پدیده استقرار در یك حداقل انرژی پتانسیل منفرد به آسانی از تئوری انتقال مایع به شیشه بدست نمی آید، بینش مفیدی برای رسم سطح انرژی پتانسیل بدست آمده از حالات شیشه ای را ارائه می دهد. علامت اصلی استقرار تاكنون بوسیله جانسون و اندرسون]6[ برای تشخیص افت ظرفیت گرمایی یافت شده در شبیه سازیهای كامپیوتری آنها در مخلوطهای دوتایی از ذرات لنارد ـ جونز بكار برده شده است. علاوه براین، اخیرا وان مگان، آندروود و پوسی]7[ چنین استدلال كرده اند كه انتقال شیشه ای در شیشه‌های كلوییدی «سخت كره» منجر به استقرار ذرات در یك چاه شبه پایدار با عمر بسیار طولانی  می شود. آنها با استفاده از آزمایشهای پخش نور برروی ذرات پلی متیل كریلات پخش شده در مخلوط‌های دكالین و كربن دی‌سولفید نشان داده اند كه مرحله استقرار در سرتا سر محدوده باریك تراكم ذرات ، روی می دهد.

بقیه این مقاله به صورت زیر سامان می یابد. مدلهای بررسی شده و تعریف استاندارد متری افت و خیز انرژی در بخش 2 مورد بحث قرار می گیرند. زمانهای همگرایی كارسنجی، ضرایب خودنفوذی و توابع خود هم بستگی وان ها و در بخش های 3 و4 گزارش می شوند. بخشی ازاین نتایج در جای دیگر گزارش شده  است]13و3[. بعضی از ملاحظات مبتنی براین نتایج در بخش 5 وجود دارند.

2- مدلها و جزئیات شبیه سازی

ما از روش شبیه سازی كامپیوتری دینامیك مولكولی فشار ثابت با شرایط مرزی تناوبی]14[برای بررسی خواص مخلوط لنارد ـ جونز و مخلوطی از كره های نرم استفاده كرده ایم. این مدل برحسب پتانسیل برهمكنش میان ذره ای از نوع  كه در موقعیت r_j قرار گرفته و ذره ای از نوع  كه در موقعیت r_k قرار گرفته تعریف می شود. برهمكنش لنارد ـ جونز چنین  است:

3- كمیتهای دینامیكی

ما دینامیك سیستم ها را بوسیله محاسبه سه نوع كمیت بررسی كرده ایم. كمیت اول شامل بررسی حركت تك ذره برحسب ضرایب خودنفوذی و توابع خود همبستگی وان ها می باشد. ضرایب خودنفوذی با استفاده از رابطه اینشتین برای جابجایی مربعی متوسط ذرات تعیین گردید كه این رابطه بیان می كند كه در زمانهای طولانی، ضریب خودنفوذی  شیب جابجایی مربعی متوسط  را به صورت تابعی از زمان تعیین می كند(2و1= a).

 4- نتایج

الف- ضرایب كارسنجی D_E و D_S

شبیه سازیها برای مخلوط لنارد- جونز و مخلوط نرم كره دو جزئی در چندین دما در فشار ثابت انجام شدند. استاندارد متری افت و خیزها در تنش غیر قطری و انرژی محاسبه شدند و ضریب مربوط    S) یا D_G(G = E از رفتار طولانی مدت (t) بدست آمد. وابستگی دمایی D_E و D_S در شكل 1 نشان داده شده است. بخش اصلی شكل 1 برای مخلوط لنارد ـ جونز در فشار p=5 می باشد. داخل شكل (الف) برای مورد لنارد ـ جونز p=0 و داخل شكل (ب) برای مخلوط نرم كره می باشد.

(ب) ضرایب خودنفوذی

وابستگی دمایی خودنفوذی در شكل 3 نشان داده شده است. باز هم، نتایج می توانند به فرم وگل ـ فولچر ارائه شوند. پارامترهای انطباق در جدول 2 نشان داده شده اند. به این نكته توجه داشته باشید كه  برای سیال نرم كره از صفر برای ضریب خودنفوذی قابل تشخیص نیست در حالیكه برای ضرایب استاندارد متری انرژی و استاندارد متری تنش به وضح بزرگتر از صفر است. اختلاف كیفی در وابستگی دمایی ضرایب خودنفوذی مخلوط های نرم كره لنارد ـ جونز نشان می دهد كه دینامیك حالات ابر سرد برای این سیستم ها كاملاً متفاوت است.

 (ج) توابع وان هاو واستقرار ذرات

پارامتر كارسنجی D_E فقط زمان كل مورد نیاز برای كشف نواحی مجاز فضای پیكربندی موقعیت درشت دانه سیستم را ارائه می دهد. برای بدست آوردن بینش بیشتر در مورد ماهیت دینامیك ذرات ، تابع خودهمبستگی وان ها  را كه توصیف مفصل حركت ذرات منفرد از گونه های a را فراهم       می كند، محاسبه می كنیم. این تابع قبل از اینكه برای مخلوط های نرم كرده محاسبه شود(22) ، برای مخلوط لنارد ـ جونز با استفاده از دینامیك مولكولی دما ثابت (23) در یك نمك مذاب (24) و در متانول (25) محاسبه شده است. تابع خودهمبستگی وان ها و برای ذرات نوع a چنین است است:

(د) گرانروی و رابطه استوكس ـ انیشتین

گرانروی (ویسكوزیته) برشی  با استفاده از معادله (3-10) ارزیابی می شود. مقادیر محاسبه شد و گرانروی برشی برای مخلوط لنارد ـ جونز به صورت تابعی از T/1 در شكل 9 نشان داده شده است . رفتار غیر آرینوسی آشكار است . خط توپر انطباق وگل ـ فولچر با T₀=0.29 و B=1/5 می باشد، مقادیر نزدیك به آنها به ضرایب سنجش و خودنفوذی اختصاص دارند. در پایین ترین دماها كه در آنها مقدار قابل اطمینانی از گرانروی تعیین می شود، نشانه ای مبنی بر نامناسب بودن نمودار  وگل ـ فولچر وجود دارد. داخل شكل، نمودار قاعده توانی گرانروی،

5. نتایج

در این مقاله، نتایج شبیه سازیهای فشار ثابت گسترده برای مخلوط لنارد – جونز و برای آلیاژهای نرم كره را ارائه كرده ایم . ما چندین كمیت را كه مربوط به انتقال در مایعات ابر سرد می باشند، یعنی ضرایب خودنفوذی، گرانروی برشی، تابع خود همبستگی وان هاو و پارامترهای همگرایی كارسنجی  D_Eو  D_S، محاسبه كرده ایم. ما از این مقاله با ملاحظات زیر نتیجه‌گیری می كنیم. انحراف زمانی كمیتهای نظیر استاندارد متری افت و خیز انرژی و استاندارد متری انرژی]9[ ردیابی مفیدی از استقرار سیستم در یك چاه انرژی آزاد   می باشد.