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Collective behavior of water in carbon nanotube membranes
Georg Menzl
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Christoph Dellago
DOI
10.25365/thesis.4786
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29914.86730.119962-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die vorliegende Arbeit behandelt die Eigenschaften einer mit Wasser gefüllten Membran aus parallelen Kohlenstoffnanoröhren auf einem quadratischen Gitter. Trotz der hydrophoben Eigenschaften der Poren werden sie gefüllt und durch die räumliche Einschränkung entstehen eindimensionale Wasserketten. Wir beschreiben die Membran durch ein Dipolgittermodell und studieren ihr Phasenverhalten mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen, wobei wir einen Phasenübergang zweiter Ordnung beobachten. Eine Untersuchung der Zustandssumme liefert eine Beschreibung für korrespondierende Zustände der Membran, durch die wir unsere Resultate für unterschiedliche Gitterparameter verallgemeinern können. Die Einflüsse der endlichen Systemgröße in unseren Simulationen auf die erhaltenen Ergebnisse werden untersucht um deren Bedeutung für experimentell realisierbare Membranen abschätzen zu können. Das resultierende Phasendiagramm zeigt starke Abhängigkeit der kritischen Temperatur von den Gitterparametern und unsere Ergebnisse implizieren, dass antiferroelektrische Ordnung bei Raumtemperatur keine signifikante Rolle im Phasenverhalten der Membran spielt.
Abstract
(Englisch)
We study the properties of a membrane of parallel carbon nanotubes on a quadratic lattice immersed in water. Despite the hydrophobic interior of the nanotubes, the membrane is filled and single-file water chains form due to the positional confinement in the pores. We describe the membrane using a dipole lattice model and perform Monte Carlo simulations to study its phase behavior, observing an order-disorder transition. Analysis of the partition function reveals a relation describing corresponding states of the membrane, which allows us to generalize our model to a wide range of lattice parameters. We investigated the influence of finite size effects on the obtained results to evaluate the significance of our findings for experimentally realizable membranes. The resulting phase diagram shows strong dependence of the critical temperature on the lattice parameters and our data imply that antiferroelectric order does not play a significant role for physical membranes at room temperature.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
nanopores nanotubes confined liquids statistical physics antiferroelectric order
Schlagwörter
(Deutsch)
Statistische Physik
Autor*innen
Georg Menzl
Haupttitel (Englisch)
Collective behavior of water in carbon nanotube membranes
Paralleltitel (Deutsch)
Kollektives Verhalten von Wasser in Membranen aus Kohlenstoffnanoröhren
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
VI, 56 S. Ill.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christoph Dellago
Klassifikationen
33 Physik > 33.25 Thermodynamik, statistische Physik ,
33 Physik > 33.69 Flüssigkeiten
AC Nummer
AC07661380
Utheses ID
4260
Studienkennzahl
UA | 411 | | |