Simuleringer for at gøre indsigt i elektrokinetisk transport mere pålidelig

Forsker Remco Hartkamp og ph.d. studerende Max Döpke fra Process &Energy Department har taget et vigtigt skridt i at gøre simuleringsresultater for elektrokinetisk transport mere pålidelige ved at bruge molekylære simuleringer. Inden for elektrokinetik, ioner spiller en vigtig rolle i transporten af ​​en væske gennem smalle porer eller af faste partikler gennem en væske. Disse typer af transportegenskaber er vigtige i mange nanoteknologiske eller elektrokemiske anvendelser og i kolloide suspensioner for eksempel til farmaceutiske anvendelser. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i denne uge i The Journal of Chemical Physics .

Elektrokinetisk transport undersøges aktivt både eksperimentelt og ved hjælp af molekylære dynamiksimuleringer, nogle gange med meget divergerende resultater. Disse divergerende resultater gør det svært at afgøre, hvad der er korrekt. Eksperimentelle målinger tolkes ofte ved hjælp af modeller, der kan være meget præcise under visse betingelser, men meget unøjagtig under andre forhold. Hartkamp og Döpke bruger molekylære simuleringer, hvor de har adgang til mere detaljerede data på molekylært niveau. Fortolkningen af ​​sådanne simuleringer er ikke afhængig af modeller, gør simuleringer til et vigtigt værktøj til bedre at forstå elektrokinetiske egenskaber og muliggøre bedre fortolkninger af eksperimenter. Imidlertid, molekylære simuleringer er afhængige af en korrekt beskrivelse af molekylære interaktioner. Forskerne opdagede, at elektrokinetiske egenskaber afhænger stærkt af de molekylære vekselvirkninger mellem faste stoffer og ioner. De tilpassede efterfølgende disse interaktioner på en sådan måde, at simuleringsresultaterne svarede tæt til eksperimentelle data under unikke forhold, hvor der er lidt tvivl om fortolkningen.

Remco Hartkamp:"Takket være denne nye tilgang, vi kan være sikre på, at vores simuleringer afspejler virkeligheden. Det her, på tur, kan bruges til at opnå indsigt under forhold, hvor eksperimentelle undersøgelser ikke giver et klart og sammenhængende billede. Ud over, det giver os mulighed for at 'se' præcis, hvordan ioner og vandmolekyler er fordelt, og hvordan de bevæger sig nær en fast overflade."