مطالعه نظری ساختار و ویژگی های آب محصورشده در ‏ساختارهای نانولوله ای

در بخش نخست، گذار فاز آب درون نانولوله ی کربنی(9و9) با تغییر دما با مدل سازی چندمقیاسی، از ‏شبیه سازی مکانیک مولکولی (‏md‏) تا نظریه تابعیت چگالی (‏dft‏)، مطالعه شده است. ابتدا، محاسبات ‏md‏ گذار فاز آب با تغییر دما را اثبات نمود. سپس، محاسبات اوربیتال پیوندی طبیعی (‏nbo‏)، ‏طیف سنجی رزنانس چهارقطبی هسته (‏nqr‏) و رزنانس مغناطیسی هسته (‏nmr‏) نشان دادند که دو ‏نوع پیوند هیدروژنی متفاوت سبب تشکیل نانولوله های یخی می شوند. سپس، تأثیر محصورکنندگی بر ‏نانولوله ی یخی و برخی خوشه های آب با پارامترهای ‏nmr‏ و ‏nqr، که به صورت تجربی قابل حصول ‏هستند، تحلیل شد. این یافته ها امید به استفاده از پارامترهای ‏nmr‏ و ‏nqr‏ برای بررسی گذار فاز در ‏محیط نانو ‏ ها را تقویت نمودند. ‏ در بخش دوم، پیکربندی، چگالی ظاهری، پیوند هیدروژنی و جهت گیری آب محصورشده در ‏نانولوله های کربید سیلیکون (‏swsicnt‏) با شبیه سازی ‏md‏ مطالعه شده و نخستین مدل سازی برای ‏پیش بینی چگالی آب در این سامانه ها ارائه شده است. مولکول های آب محصورشده درون ‏swsicntها، بسته به قطر نانولوله ها، می توانند ساختارهای سیم- مانند، لایه ای و یا توده ای تشکیل ‏دهند. جهت گیری گشتاور دوقطبی مولکول های آب اولین نشانه از تأثیر کایرالیته بر پیکربندی آب ‏محصورشده و چگونگی نفوذ آن است.‏ در بخش پایانی، ابتدا سازوکار نفوذ آب درون ‏swsicntهای مطالعه و برای نخستین بار روشن ‏گردید که نفوذ آب درون ‏swsicntهای باریک، سریع تر است و سازوکار متفاوتی نسبت به انواع ‏کربنی دارد. سپس، تأثیر تغییر دما بر ویژگی های ایستایی و پویای آب درون ‏swsicntها مطالعه شد. ‏نتایج این بخش همگی حاکی از گذار فاز‏ مرتبه اول آب محصورشده در این نانولوله ها هستند و نشان ‏می دهند که دمای ذوب نانولوله های یخی محصورشده درون ‏swsicntها از نمونه های متناظر کربنی ‏کمتر است. بنابراین این سامانه ها می توانند در محیط های با دمای پایین آب را مایع نگه دارند.‏