nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තූතියි. ඔබ භාවිතා කරන බ්‍රව්සර් අනුවාදයේ සීමිත CSS සහාය ඇත. හොඳම අත්දැකීම සඳහා, නවතම බ්‍රව්සර් අනුවාදය භාවිතා කිරීම (හෝ Internet Explorer හි අනුකූලතා මාදිලිය අක්‍රිය කිරීම) අපි නිර්දේශ කරමු. ඊට අමතරව, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, මෙම වෙබ් අඩවියට විලාස හෝ JavaScript ඇතුළත් නොවේ.
බහුල සෝඩියම් සම්පත නිසා, සෝඩියම්-අයන බැටරි (NIBs) විද්‍යුත් රසායනික බලශක්ති ගබඩා කිරීම සඳහා පොරොන්දු වූ විකල්ප විසඳුමක් නියෝජනය කරයි. වර්තමානයේ, NIB තාක්ෂණය සංවර්ධනය කිරීමේදී ඇති ප්‍රධාන බාධාව වන්නේ දිගු කාලයක් සඳහා සෝඩියම් අයන ආපසු හැරවිය හැකි ලෙස ගබඩා කළ හැකි/නිදහස් කළ හැකි ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය නොමැතිකමයි. එබැවින්, මෙම අධ්‍යයනයේ අරමුණ වන්නේ NIB ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය ලෙස පොලිවයිනයිල් ඇල්කොහොල් (PVA) සහ සෝඩියම් ඇල්ජිනේට් (NaAlg) මිශ්‍රණ මත ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීමේ බලපෑම න්‍යායාත්මකව විමර්ශනය කිරීමයි. මෙම අධ්‍යයනය PVA, සෝඩියම් ඇල්ජිනේට් සහ ග්ලිසරෝල් මිශ්‍රණ මත පදනම් වූ පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝටයිට් වල ඉලෙක්ට්‍රොනික, තාප සහ ප්‍රමාණාත්මක ව්‍යුහ-ක්‍රියාකාරකම් සම්බන්ධතාවය (QSAR) විස්තර කරන්නන් කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි. මෙම ගුණාංග අර්ධ-ආනුභවික ක්‍රම සහ ඝනත්ව ක්‍රියාකාරී න්‍යාය (DFT) භාවිතයෙන් විමර්ශනය කෙරේ. ව්‍යුහාත්මක විශ්ලේෂණයෙන් PVA/alginate සහ glycerol අතර අන්තර්ක්‍රියා පිළිබඳ විස්තර හෙළි වූ බැවින්, කලාප පරතරය ශක්තිය (Eg) විමර්ශනය කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීමෙන් Eg අගය 0.2814 eV දක්වා අඩු වන බවයි. අණුක විද්‍යුත් ස්ථිතික විභව පෘෂ්ඨය (MESP) මගින් මුළු විද්‍යුත් විච්ඡේදක පද්ධතියේ ඉලෙක්ට්‍රෝන බහුල සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන දුර්වල කලාප සහ අණුක ආරෝපණ ව්‍යාප්තිය පෙන්නුම් කරයි. අධ්‍යයනය කරන ලද තාප පරාමිතීන් අතර එන්තැල්පි (H), එන්ට්‍රොපි (ΔS), තාප ධාරිතාව (Cp), ගිබ්ස් නිදහස් ශක්තිය (G) සහ සෑදීමේ තාපය ඇතුළත් වේ. ඊට අමතරව, මෙම අධ්‍යයනයේ දී මුළු ද්විධ්‍රැව මොහොත (TDM), මුළු ශක්තිය (E), අයනීකරණ විභවය (IP), ලොග් P සහ ධ්‍රැවීකරණය වැනි ප්‍රමාණාත්මක ව්‍යුහ-ක්‍රියාකාරක සම්බන්ධතා (QSAR) විස්තර කිහිපයක් විමර්ශනය කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කළේ උෂ්ණත්වය සහ ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩිවීමත් සමඟ H, ΔS, Cp, G සහ TDM වැඩි වූ බවයි. මේ අතර, සෑදීමේ තාපය, IP සහ E අඩු වූ අතර එමඟින් ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය සහ ධ්‍රැවීකරණය වැඩි දියුණු විය. ඊට අමතරව, ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීමෙන්, සෛල වෝල්ටීයතාවය 2.488 V දක්වා වැඩි විය. පිරිවැය-ඵලදායී PVA/Na Alg ග්ලිසරෝල් මත පදනම් වූ ඉලෙක්ට්‍රෝලය මත පදනම් වූ DFT සහ PM6 ගණනය කිරීම්වලින් පෙනී යන්නේ ඒවායේ බහුකාර්යතාව හේතුවෙන් ලිතියම්-අයන බැටරි අර්ධ වශයෙන් ප්‍රතිස්ථාපනය කළ හැකි බවයි, නමුත් තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම් සහ පර්යේෂණ අවශ්‍ය වේ.
ලිතියම්-අයන බැටරි (LIB) බහුලව භාවිතා වුවද, ඒවායේ කෙටි චක්‍ර ආයු කාලය, අධික පිරිවැය සහ ආරක්ෂක ගැටළු හේතුවෙන් ඒවායේ යෙදුම බොහෝ සීමාවන්ට මුහුණ දෙයි. සෝඩියම්-අයන බැටරි (SIB) ඒවායේ පුළුල් ලබා ගැනීමේ හැකියාව, අඩු පිරිවැය සහ සෝඩියම් මූලද්‍රව්‍යයේ විෂ නොවන බව හේතුවෙන් LIB සඳහා ශක්‍ය විකල්පයක් බවට පත්විය හැකිය. සෝඩියම්-අයන බැටරි (SIB) විද්‍යුත් රසායනික උපාංග සඳහා වඩ වඩාත් වැදගත් බලශක්ති ගබඩා පද්ධතියක් බවට පත්වෙමින් තිබේ. අයන ප්‍රවාහනය පහසු කිරීම සහ විද්‍යුත් ධාරාව ජනනය කිරීම සඳහා සෝඩියම්-අයන බැටරි ඉලෙක්ට්‍රෝටයිට් මත දැඩි ලෙස රඳා පවතී2,3. ද්‍රව ඉලෙක්ට්‍රෝටයිට් ප්‍රධාන වශයෙන් ලෝහ ලවණ සහ කාබනික ද්‍රාවක වලින් සමන්විත වේ. ප්‍රායෝගික යෙදුම් සඳහා ද්‍රව ඉලෙක්ට්‍රෝටයිට් වල ආරක්ෂාව පිළිබඳව ප්‍රවේශමෙන් සලකා බැලීම අවශ්‍ය වේ, විශේෂයෙන් බැටරිය තාප හෝ විද්‍යුත් ආතතියට ලක් වූ විට4.
සෝඩියම්-අයන බැටරි (SIBs) නුදුරු අනාගතයේ දී ලිතියම්-අයන බැටරි වෙනුවට ආදේශ කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ, මන්ද ඒවායේ බහුල සාගර සංචිත, විෂ නොවන බව සහ අඩු ද්‍රව්‍ය පිරිවැය නිසාය. නැනෝ ද්‍රව්‍ය සංස්ලේෂණය දත්ත ගබඩා කිරීම, ඉලෙක්ට්‍රොනික සහ දෘශ්‍ය උපාංග සංවර්ධනය වේගවත් කර ඇත. සෝඩියම්-අයන බැටරිවල විවිධ නැනෝ ව්‍යුහයන් (උදා: ලෝහ ඔක්සයිඩ්, ග්‍රැෆීන්, නැනෝ ටියුබ් සහ ෆුලරීන්) යෙදීම විශාල සාහිත්‍ය සමූහයක් පෙන්නුම් කර ඇත. සෝඩියම්-අයන බැටරි සඳහා පොලිමර් ඇතුළු ඇනෝඩ ද්‍රව්‍ය සංවර්ධනය කිරීම කෙරෙහි පර්යේෂණ අවධානය යොමු කර ඇත්තේ ඒවායේ බහුකාර්යතාව සහ පරිසර හිතකාමීත්වය නිසාය. නැවත ආරෝපණය කළ හැකි පොලිමර් බැටරි ක්ෂේත්‍රය පිළිබඳ පර්යේෂණ උනන්දුව නිසැකවම වැඩි වනු ඇත. අද්විතීය ව්‍යුහයන් සහ ගුණාංග සහිත නව පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය පරිසර හිතකාමී බලශක්ති ගබඩා තාක්ෂණයන් සඳහා මග පෑදීමට ඉඩ ඇත. සෝඩියම්-අයන බැටරිවල භාවිතය සඳහා විවිධ පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය ගවේෂණය කර ඇතත්, මෙම ක්ෂේත්‍රය තවමත් සංවර්ධනයේ මුල් අවධියේ පවතී. සෝඩියම්-අයන බැටරි සඳහා, විවිධ ව්‍යුහාත්මක වින්‍යාසයන් සහිත තවත් පොලිමර් ද්‍රව්‍ය ගවේෂණය කළ යුතුය. පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යවල සෝඩියම් අයන ගබඩා කිරීමේ යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ අපගේ වර්තමාන දැනුම මත පදනම්ව, සංයුක්ත පද්ධතියේ කාබොනයිල් කාණ්ඩ, නිදහස් රැඩිකලුන් සහ විෂම පරමාණු සෝඩියම් අයන සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීම සඳහා ක්‍රියාකාරී ස්ථාන ලෙස සේවය කළ හැකි බව උපකල්පනය කළ හැකිය. එබැවින්, මෙම ක්‍රියාකාරී ස්ථානවල ඉහළ ඝනත්වයක් සහිත නව පොලිමර් සංවර්ධනය කිරීම ඉතා වැදගත් වේ. ජෙල් පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝලය (GPE) යනු බැටරි විශ්වසනීයත්වය, අයන සන්නායකතාවය, කාන්දු නොවීම, ඉහළ නම්‍යශීලීභාවය සහ හොඳ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කරන විකල්ප තාක්ෂණයකි12.
පොලිමර් න්‍යාසවලට PVA සහ පොලිඑතිලීන් ඔක්සයිඩ් (PEO) වැනි ද්‍රව්‍ය ඇතුළත් වේ13. ජෙල් පාරගම්ය පොලිමර් (GPE) පොලිමර් න්‍යාසයේ ද්‍රව ඉලෙක්ට්‍රෝලය නිශ්චල කරයි, එය වාණිජ බෙදුම්කරුවන්ට සාපේක්ෂව කාන්දු වීමේ අවදානම අඩු කරයි14. PVA යනු කෘතිම ජෛව හායනයට ලක්විය හැකි බහු අවයවයකි. එයට ඉහළ අවසරයක් ඇත, මිල අඩු සහ විෂ සහිත නොවේ. මෙම ද්‍රව්‍යය එහි පටල සෑදීමේ ගුණාංග, රසායනික ස්ථායිතාව සහ ඇලවීම සඳහා ප්‍රසිද්ධය. එයට ක්‍රියාකාරී (OH) කාණ්ඩ සහ ඉහළ හරස් සම්බන්ධක විභව ඝනත්වයක් ද ඇත15,16,17. පොලිමර් මිශ්‍ර කිරීම, ප්ලාස්ටිසයිසර් එකතු කිරීම, සංයුක්ත එකතු කිරීම සහ ස්ථානීය බහුඅවයවීකරණ ශිල්පීය ක්‍රම භාවිතා කර ඇත්තේ අනුකෘති ස්ඵටිකතාව අඩු කිරීමට සහ දාම නම්‍යශීලීභාවය වැඩි කිරීමට PVA-පාදක පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝලයන්හි සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා ය18,19,20.
කාර්මික යෙදුම් සඳහා බහු අවයවික ද්‍රව්‍ය සංවර්ධනය කිරීම සඳහා මිශ්‍ර කිරීම වැදගත් ක්‍රමයකි. බහු අවයවික මිශ්‍රණ බොහෝ විට භාවිතා කරනුයේ: (1) කාර්මික යෙදුම්වල ස්වාභාවික බහු අවයවක සැකසුම් ගුණාංග වැඩි දියුණු කිරීමට; (2) ජෛව හායනයට ලක්විය හැකි ද්‍රව්‍යවල රසායනික, භෞතික සහ යාන්ත්‍රික ගුණාංග වැඩි දියුණු කිරීමට; සහ (3) ආහාර ඇසුරුම් කර්මාන්තයේ නව ද්‍රව්‍ය සඳහා වේගයෙන් වෙනස් වන ඉල්ලුමට අනුවර්තනය වීමට. සම-බහු අවයවිකකරණය මෙන් නොව, පොලිමර් මිශ්‍ර කිරීම යනු අපේක්ෂිත ගුණාංග ලබා ගැනීම සඳහා සංකීර්ණ රසායනික ක්‍රියාවලීන් වෙනුවට සරල භෞතික ක්‍රියාවලීන් භාවිතා කරන අඩු වියදම් ක්‍රියාවලියකි21. සමජාතීය පොලිමර් සෑදීමට, විවිධ පොලිමර් වලට ද්විධ්‍රැව-ද්විධ්‍රැව බලවේග, හයිඩ්‍රජන් බන්ධන හෝ ආරෝපණ-මාරු සංකීර්ණ හරහා අන්තර්ක්‍රියා කළ හැකිය22,23. ස්වාභාවික සහ කෘතිම බහු අවයවක වලින් සාදන ලද මිශ්‍රණවලට විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික ගුණාංග සමඟ හොඳ ජෛව අනුකූලතාව ඒකාබද්ධ කළ හැකි අතර, අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැයකින් උසස් ද්‍රව්‍යයක් නිර්මාණය කළ හැකිය24,25. එබැවින්, කෘතිම සහ ස්වාභාවික බහු අවයවක මිශ්‍ර කිරීමෙන් ජෛව අදාළ බහු අවයවික ද්‍රව්‍ය නිර්මාණය කිරීම කෙරෙහි විශාල උනන්දුවක් පවතී. PVA සෝඩියම් ඇල්ජිනේට් (NaAlg), සෙලියුලෝස්, කයිටෝසන් සහ පිෂ්ඨය26 සමඟ ඒකාබද්ධ කළ හැකිය.
සෝඩියම් ඇල්ජිනේට් යනු සාගර දුඹුරු ඇල්ගී වලින් ලබාගත් ස්වභාවික බහු අවයවකයක් සහ ඇනොනික් පොලිසැකරයිඩයකි. සෝඩියම් ඇල්ජිනේට් සමජාතීය බහු අවයවික ආකාර (පොලි-එම් සහ පොලි-ජී) සහ විෂම පොලිමරික් බ්ලොක් (එම්ජී හෝ ජීඑම්) ලෙස සංවිධානය කරන ලද β-(1-4)-සම්බන්ධිත ඩී-මැනුරොනික් අම්ලය (එම්) සහ α-(1-4)-සම්බන්ධිත එල්-ගුලුරොනික් අම්ලය (ජී) වලින් සමන්විත වේ. එම් සහ ජී බ්ලොක් වල අන්තර්ගතය සහ සාපේක්ෂ අනුපාතය ඇල්ජිනේට් වල රසායනික හා භෞතික ගුණාංග කෙරෙහි සැලකිය යුතු බලපෑමක් ඇති කරයි28,29. සෝඩියම් ඇල්ජිනේට් එහි ජෛව හායනයට ලක්වීමේ හැකියාව, ජෛව අනුකූලතාව, අඩු පිරිවැය, හොඳ පටල සෑදීමේ ගුණාංග සහ විෂ නොවන බව හේතුවෙන් බහුලව භාවිතා වන අතර අධ්‍යයනය කෙරේ. කෙසේ වෙතත්, ඇල්ජිනේට් දාමයේ නිදහස් හයිඩ්‍රොක්සයිල් (OH) සහ කාබොක්සිලේට් (COO) කාණ්ඩ විශාල සංඛ්‍යාවක් ඇල්ජිනේට් ඉතා ජලාකර්ෂණීය කරයි. කෙසේ වෙතත්, ඇල්ජිනේට් එහි බිඳෙනසුලු බව සහ දෘඩතාව නිසා දුර්වල යාන්ත්‍රික ගුණ ඇත. එබැවින්, ඇල්ජිනේට් ජල සංවේදීතාව සහ යාන්ත්‍රික ගුණාංග වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා අනෙකුත් කෘතිම ද්‍රව්‍ය සමඟ ඒකාබද්ධ කළ හැකිය30,31.
නව ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය නිර්මාණය කිරීමට පෙර, නව ද්‍රව්‍යවල නිෂ්පාදන ශක්‍යතාව ඇගයීමට DFT ගණනය කිරීම් බොහෝ විට භාවිතා වේ. ඊට අමතරව, විද්‍යාඥයින් පර්යේෂණාත්මක ප්‍රතිඵල තහවුරු කිරීමට සහ පුරෝකථනය කිරීමට, කාලය ඉතිරි කර ගැනීමට, රසායනික අපද්‍රව්‍ය අඩු කිරීමට සහ අන්තර්ක්‍රියා හැසිරීම් පුරෝකථනය කිරීමට අණුක ආකෘති නිර්මාණය භාවිතා කරයි32. ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව, නැනෝ ද්‍රව්‍ය, පරිගණක රසායන විද්‍යාව සහ ඖෂධ සොයාගැනීම ඇතුළු බොහෝ ක්ෂේත්‍රවල අණුක ආකෘති නිර්මාණය විද්‍යාවේ ප්‍රබල හා වැදගත් ශාඛාවක් බවට පත්ව ඇත33,34. ආකෘති නිර්මාණ වැඩසටහන් භාවිතා කරමින්, විද්‍යාඥයින්ට ශක්තිය (සැදීමේ තාපය, අයනීකරණ විභවය, සක්‍රිය කිරීමේ ශක්තිය, ආදිය) සහ ජ්‍යාමිතිය (බන්ධන කෝණ, බන්ධන දිග සහ ආතති කෝණ)35 ඇතුළු අණුක දත්ත සෘජුවම ලබා ගත හැකිය. ඊට අමතරව, ඉලෙක්ට්‍රොනික ගුණාංග (ආරෝපණය, HOMO සහ LUMO කලාප පරතරය ශක්තිය, ඉලෙක්ට්‍රෝන සම්බන්ධතාවය), වර්ණාවලි ගුණාංග (FTIR වර්ණාවලි වැනි ලාක්ෂණික කම්පන ක්‍රම සහ තීව්‍රතා)36 සහ තොග ගුණාංග (පරිමාව, විසරණය, දුස්ස්රාවිතතාවය, මොඩියුලස්, ආදිය)36 ගණනය කළ හැකිය.
LiNiPO4 එහි ඉහළ ශක්ති ඝනත්වය (5.1 V පමණ ක්‍රියාකාරී වෝල්ටීයතාවය) නිසා ලිතියම්-අයන බැටරි ධනාත්මක ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය සමඟ තරඟ කිරීමේදී විභව වාසි පෙන්වයි. අධි වෝල්ටීයතා කලාපයේ LiNiPO4 හි වාසිය සම්පූර්ණයෙන්ම ප්‍රයෝජනයට ගැනීම සඳහා, දැනට සංවර්ධනය කර ඇති අධි වෝල්ටීයතා විද්‍යුත් විච්ඡේදනය 4.8 V ට අඩු වෝල්ටීයතාවයන්හිදී පමණක් සාපේක්ෂව ස්ථායීව පැවතිය හැකි බැවින් ක්‍රියාකාරී වෝල්ටීයතාවය අඩු කළ යුතුය. Zhang et al. LiNiPO4 හි Ni අඩවියේ සියලුම 3d, 4d සහ 5d සංක්‍රාන්ති ලෝහවල මාත්‍රණය විමර්ශනය කර, විශිෂ්ට විද්‍යුත් රසායනික කාර්ය සාධනයක් සහිත මාත්‍රණ රටා තෝරාගෙන, එහි විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රියාකාරිත්වයේ සාපේක්ෂ ස්ථායිතාව පවත්වා ගනිමින් LiNiPO4 හි ක්‍රියාකාරී වෝල්ටීයතාවය සකස් කළහ. ඔවුන් ලබාගත් අඩුම ක්‍රියාකාරී වෝල්ටීයතාවයන් වූයේ Ti, Nb සහ Ta-මාත්‍රණය කළ LiNiPO4 සඳහා පිළිවෙලින් 4.21, 3.76 සහ 3.5037 ය.
එමනිසා, මෙම අධ්‍යයනයේ අරමුණ වන්නේ නැවත ආරෝපණය කළ හැකි අයන-අයන බැටරිවල එහි යෙදුම සඳහා ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍රික ගණනය කිරීම් භාවිතා කරමින් PVA/NaAlg පද්ධතියේ ඉලෙක්ට්‍රොනික ගුණාංග, QSAR විස්තර කරන්නන් සහ තාප ගුණාංග කෙරෙහි ප්ලාස්ටිසයිසර් ලෙස ග්ලිසරෝල් වල බලපෑම න්‍යායාත්මකව විමර්ශනය කිරීමයි. PVA/NaAlg ආකෘතිය සහ ග්ලිසරෝල් අතර අණුක අන්තර්ක්‍රියා බේඩර්ගේ ක්වොන්ටම් පරමාණුක අණු න්‍යාය (QTAIM) භාවිතයෙන් විශ්ලේෂණය කරන ලදී.
PVA හි NaAlg සමඟ අන්තර්ක්‍රියා නිරූපණය කරන අණු ආකෘතියක් සහ පසුව ග්ලිසරෝල් සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන DFT භාවිතයෙන් ප්‍රශස්තිකරණය කරන ලදී. ඊජිප්තුවේ කයිරෝවේ ජාතික පර්යේෂණ මධ්‍යස්ථානයේ වර්ණාවලීක්ෂ දෙපාර්තමේන්තුවේ Gaussian 0938 මෘදුකාංගය භාවිතයෙන් ආකෘතිය ගණනය කරන ලදී. B3LYP/6-311G(d, p) මට්ටමින් DFT භාවිතයෙන් ආකෘති ප්‍රශස්තිකරණය කරන ලදී39,40,41,42. අධ්‍යයනය කරන ලද ආකෘති අතර අන්තර්ක්‍රියා සත්‍යාපනය කිරීම සඳහා, එකම මට්ටමේ න්‍යායයකින් සිදු කරන ලද සංඛ්‍යාත අධ්‍යයනයන් ප්‍රශස්තිකරණය කරන ලද ජ්‍යාමිතියේ ස්ථායිතාව පෙන්නුම් කරයි. සියලුම ඇගයීමට ලක් කරන ලද සංඛ්‍යාත අතර සෘණ සංඛ්‍යාත නොමැති වීම විභව ශක්ති පෘෂ්ඨයේ සැබෑ ධනාත්මක අවම අගයේ අනුමාන ව්‍යුහය ඉස්මතු කරයි. TDM, HOMO/LUMO කලාප පරතරය ශක්තිය සහ MESP වැනි භෞතික පරාමිතීන් එකම ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍රික න්‍යාය මට්ටමේ ගණනය කරන ලදී. ඊට අමතරව, අවසාන තාප සැකැස්ම, නිදහස් ශක්තිය, එන්ට්‍රොපිය, එන්තැල්පිය සහ තාප ධාරිතාව වැනි සමහර තාප පරාමිතීන් වගුව 1 හි දක්වා ඇති සූත්‍ර භාවිතයෙන් ගණනය කරන ලදී. අධ්‍යයනය කරන ලද ව්‍යුහයන්ගේ මතුපිට සිදුවන අන්තර්ක්‍රියා හඳුනා ගැනීම සඳහා අධ්‍යයනය කරන ලද ආකෘති අණු වල පරමාණු පිළිබඳ ක්වොන්ටම් න්‍යාය (QTAIM) විශ්ලේෂණයට භාජනය කරන ලදී. මෙම ගණනය කිරීම් ගවුසියානු 09 මෘදුකාංග කේතයේ “ප්‍රතිදානය=wfn” විධානය භාවිතයෙන් සිදු කරන ලද අතර පසුව ඇවගාඩ්‍රෝ මෘදුකාංග කේතය43 භාවිතයෙන් දෘශ්‍යමාන කරන ලදී.
E යනු අභ්‍යන්තර ශක්තිය වන අතර, P යනු පීඩනය වන අතර, V යනු පරිමාව වන අතර, Q යනු පද්ධතිය සහ එහි පරිසරය අතර තාප හුවමාරුව වන අතර, T යනු උෂ්ණත්වය වන අතර, ΔH යනු එන්තැල්පි වෙනස වන අතර, ΔG යනු නිදහස් ශක්ති වෙනස වන අතර, ΔS යනු එන්ට්‍රොපි වෙනස වන අතර, a සහ b යනු කම්පන පරාමිතීන් වන අතර, q යනු පරමාණුක ආරෝපණය වන අතර, C යනු පරමාණුක ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය වේ. අවසාන වශයෙන්, එම ව්‍යුහයන්ම ප්‍රශස්තිකරණය කරන ලද අතර ඊජිප්තුවේ කයිරෝ හි ජාතික පර්යේෂණ මධ්‍යස්ථානයේ වර්ණාවලීක්ෂ දෙපාර්තමේන්තුවේ SCIGRESS මෘදුකාංග කේතය 46 භාවිතයෙන් PM6 මට්ටමින් QSAR පරාමිතීන් ගණනය කරන ලදී.
අපගේ පෙර කාර්යයේදී47, NaAlg ඒකක දෙකක් සමඟ PVA ඒකක තුනක අන්තර්ක්‍රියාව විස්තර කරන වඩාත්ම සම්භාවිතා ආකෘතිය අපි ඇගයීමට ලක් කළ අතර, ග්ලිසරෝල් ප්ලාස්ටිසයිසර් ලෙස ක්‍රියා කරයි. ඉහත සඳහන් කළ පරිදි, PVA සහ NaAlg අන්තර්ක්‍රියා සඳහා හැකියාවන් දෙකක් තිබේ. 3PVA-2Na Alg (කාබන් අංකය 10 මත පදනම්ව) සහ 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ලෙස නම් කරන ලද ආකෘති දෙක, සලකා බැලූ අනෙකුත් ව්‍යුහයන්ට සාපේක්ෂව කුඩාම ශක්ති පරතරය අගය48 ඇත. එබැවින්, PVA/Na Alg මිශ්‍ර පොලිමර් වල වඩාත්ම සම්භාවිතා ආකෘතියට Gly එකතු කිරීමේ බලපෑම අවසාන ව්‍යුහ දෙක භාවිතා කරමින් විමර්ශනය කරන ලදී: 3PVA-(C10)2Na Alg (සරල බව සඳහා 3PVA-2Na Alg ලෙස හැඳින්වේ) සහ 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. සාහිත්‍යයට අනුව, PVA, NaAlg සහ ග්ලිසරෝල් වලට හයිඩ්‍රොක්සයිල් ක්‍රියාකාරී කාණ්ඩ අතර දුර්වල හයිඩ්‍රජන් බන්ධන පමණක් සෑදිය හැකිය. PVA ට්‍රයිමරයේ සහ NaAlg සහ ග්ලිසරෝල් ඩයිමරයේ OH කාණ්ඩ කිහිපයක් අඩංගු වන බැවින්, ස්පර්ශය OH කාණ්ඩ වලින් එකක් හරහා සාක්ෂාත් කරගත හැකිය. රූපය 1 හි ආකෘති ග්ලිසරෝල් අණුව සහ ආකෘති අණුව 3PVA-2Na Alg අතර අන්තර්ක්‍රියාව පෙන්වන අතර, රූපය 2 හි ආකෘති අණුව 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg සහ විවිධ සාන්ද්‍රණ ග්ලිසරෝල් අතර අන්තර්ක්‍රියාවේ ගොඩනඟන ලද ආකෘතිය පෙන්වයි.
ප්‍රශස්ත ව්‍යුහයන්: (a) Gly සහ 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, සහ (f) 5 Gly සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරයි.
(a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, සහ (f) 6 Gly සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන 1Na Alg- 3PVA - Mid 1Na Alg පදයේ ප්‍රශස්ත ව්‍යුහයන්.
ඕනෑම ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යයක ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය අධ්‍යයනය කිරීමේදී සලකා බැලිය යුතු වැදගත් පරාමිතියකි ඉලෙක්ට්‍රෝන කලාප පරතරය ශක්තිය. මන්ද එය ද්‍රව්‍යය බාහිර වෙනස්කම් වලට භාජනය වන විට ඉලෙක්ට්‍රෝන වල හැසිරීම විස්තර කරයි. එබැවින්, අධ්‍යයනය කරන ලද සියලුම ව්‍යුහයන් සඳහා HOMO/LUMO හි ඉලෙක්ට්‍රෝන කලාප පරතරය ශක්තීන් ඇස්තමේන්තු කිරීම අවශ්‍ය වේ. ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීම හේතුවෙන් 3PVA-(C10)2Na Alg සහ 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg හි HOMO/LUMO ශක්තීන්හි වෙනස්කම් 2 වගුවේ දැක්වේ. ref47 ට අනුව, 3PVA-(C10)2Na Alg හි Eg අගය 0.2908 eV වන අතර, දෙවන අන්තර්ක්‍රියාවේ සම්භාවිතාව පිළිබිඹු කරන ව්‍යුහයේ Eg අගය (එනම්, 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0.5706 eV වේ.
කෙසේ වෙතත්, ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීම නිසා 3PVA-(C10)2Na Alg හි Eg අගයෙහි සුළු වෙනසක් සිදු වූ බව සොයා ගන්නා ලදී. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 සහ 5 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කළ විට, එහි Eg අගයන් පිළිවෙලින් 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 සහ 0.281 eV බවට පත් විය. කෙසේ වෙතත්, ග්ලිසරෝල් ඒකක 3 ක් එකතු කිරීමෙන් පසු, Eg අගය 3PVA-(C10)2Na Alg ට වඩා කුඩා වූ බවට වටිනා අවබෝධයක් ඇත. ග්ලිසරෝල් ඒකක පහක් සමඟ 3PVA-(C10)2Na Alg හි අන්තර්ක්‍රියාව නියෝජනය කරන ආකෘතිය වඩාත්ම සම්භාවිතා අන්තර්ක්‍රියා ආකෘතියයි. මෙයින් අදහස් කරන්නේ ග්ලිසරෝල් ඒකක ගණන වැඩි වන විට, අන්තර්ක්‍රියාවේ සම්භාවිතාව ද වැඩි වන බවයි.
මේ අතර, අන්තර්ක්‍රියාවේ දෙවන සම්භාවිතාව සඳහා, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly පදය, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly පදය, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly පදය, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly පදය, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly පදය සහ 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly පදය නියෝජනය කරන ආකෘති අණු වල HOMO/LUMO ශක්තීන් පිළිවෙලින් 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348 සහ 0.496 eV බවට පත්වේ. 2 වන වගුවේ සියලුම ව්‍යුහයන් සඳහා ගණනය කරන ලද HOMO/LUMO කලාප පරතරය ශක්තීන් පෙන්වයි. එපමණක් නොව, පළමු කාණ්ඩයේ අන්තර්ක්‍රියා සම්භාවිතාවන්හි හැසිරීමම මෙහිදීද පුනරාවර්තනය වේ.
ඝන අවස්ථා භෞතික විද්‍යාවේ කලාප න්‍යාය පවසන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යයක කලාප පරතරය අඩු වන විට ද්‍රව්‍යයේ ඉලෙක්ට්‍රොනික සන්නායකතාවය වැඩි වන බවයි. මාත්‍රණය කිරීම යනු සෝඩියම්-අයන කැතෝඩ ද්‍රව්‍යවල කලාප පරතරය අඩු කිරීම සඳහා පොදු ක්‍රමයකි. ජියැං සහ වෙනත් අය β-NaMnO2 ස්ථර ද්‍රව්‍යවල ඉලෙක්ට්‍රොනික සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා Cu මාත්‍රණය භාවිතා කළහ. DFT ගණනය කිරීම් භාවිතා කරමින්, මාත්‍රණය කිරීමෙන් ද්‍රව්‍යයේ කලාප පරතරය 0.7 eV සිට 0.3 eV දක්වා අඩු කළ බව ඔවුන් සොයා ගත්හ. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ Cu මාත්‍රණය කිරීම β-NaMnO2 ද්‍රව්‍යයේ ඉලෙක්ට්‍රොනික සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කරන බවයි.
MESP යනු අණුක ආරෝපණ ව්‍යාප්තිය සහ තනි ධන ආරෝපණයක් අතර අන්තර්ක්‍රියා ශක්තිය ලෙස අර්ථ දැක්වේ. රසායනික ගුණාංග සහ ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය තේරුම් ගැනීමට සහ අර්ථ නිරූපණය කිරීමට MESP ඵලදායී මෙවලමක් ලෙස සැලකේ. බහු අවයවික ද්‍රව්‍ය අතර අන්තර්ක්‍රියා යාන්ත්‍රණයන් තේරුම් ගැනීමට MESP භාවිතා කළ හැකිය. අධ්‍යයනය කරනු ලබන සංයෝගය තුළ ආරෝපණ ව්‍යාප්තිය MESP විස්තර කරයි. ඊට අමතරව, අධ්‍යයනය කරනු ලබන ද්‍රව්‍යවල ක්‍රියාකාරී ස්ථාන පිළිබඳ තොරතුරු MESP සපයයි32. රූපය 3 හි B3LYP/6-311G(d, p) න්‍යාය මට්ටමින් පුරෝකථනය කරන ලද 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, සහ 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly හි MESP බිම් කොටස් පෙන්වයි.
(a) Gly සහ 3PVA − 2Na Alg සඳහා B3LYP/6-311 g(d, p) සමඟ ගණනය කරන ලද MESP සමෝච්ඡයන් (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, සහ (f) 5 Gly සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරයි.
මේ අතර, රූපය 4 හි MESP හි ගණනය කළ ප්‍රතිඵල 1Na Alg- 3PVA - මැද 1Na Alg, 1Na Alg-3PVA - මැද 1Na Alg- 1Gly, 1Na Alg-3PVA - මැද 1Na Alg − 2Gly, 1Na Alg-3PVA - මැද 1Na Alg − 3gly, 1Na Alg-3PVA - මැද 1Na Alg − 4Gly, 1Na Alg- 3PVA - මැද 1Na Alg- 5gly සහ 1Na Alg-3PVA - මැද 1Na Alg − 6Gly යන වාර ගණන සඳහා පෙන්වයි. ගණනය කළ MESP සමෝච්ඡ හැසිරීමක් ලෙස නිරූපණය කෙරේ. සමෝච්ඡ රේඛා විවිධ වර්ණවලින් නිරූපණය කෙරේ. සෑම වර්ණයක්ම වෙනස් විද්‍යුත් සෘණතා අගයක් නියෝජනය කරයි. රතු පැහැයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ ඉහළ විද්‍යුත් සෘණ හෝ ප්‍රතික්‍රියාශීලී ස්ථාන ය. මේ අතර, කහ පැහැය ව්‍යුහයේ උදාසීන ස්ථාන 49, 50, 51 නියෝජනය කරයි. MESP ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කළේ අධ්‍යයනය කරන ලද ආකෘති වටා රතු පැහැය වැඩි වීමත් සමඟ 3PVA-(C10)2Na Alg හි ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය වැඩි වූ බවයි. මේ අතර, 1Na Alg-3PVA - මැද 1Na Alg ආකෘති අණුවේ MESP සිතියමේ රතු වර්ණ තීව්‍රතාවය විවිධ ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතයන් සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීම හේතුවෙන් අඩු වේ. යෝජිත ව්‍යුහය වටා රතු වර්ණ ව්‍යාප්තියේ වෙනස ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය පිළිබිඹු කරන අතර, තීව්‍රතාවයේ වැඩිවීම ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි වීම නිසා 3PVA-(C10)2Na Alg ආකෘති අණුවේ විද්‍යුත් සෘණතාවයේ වැඩිවීම තහවුරු කරයි.
B3LYP/6-311 g(d, p) ගණනය කරන ලද MESP පදය 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, සහ (f) 6 Gly සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරයි.
යෝජිත සියලුම ව්‍යුහයන්හි 200 K සිට 500 K දක්වා පරාසයක විවිධ උෂ්ණත්වවලදී ගණනය කරන ලද එන්තැල්පි, එන්ට්‍රොපි, තාප ධාරිතාව, නිදහස් ශක්තිය සහ සෑදීමේ තාපය වැනි තාප පරාමිතීන් ඇත. භෞතික පද්ධතිවල හැසිරීම විස්තර කිරීම සඳහා, ඒවායේ ඉලෙක්ට්‍රොනික හැසිරීම අධ්‍යයනය කිරීමට අමතරව, එකිනෙකා සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීම හේතුවෙන් උෂ්ණත්වයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස ඒවායේ තාප හැසිරීම අධ්‍යයනය කිරීම ද අවශ්‍ය වේ, එය වගුව 1 හි දක්වා ඇති සමීකරණ භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැකිය. මෙම තාප පරාමිතීන් අධ්‍යයනය කිරීම විවිධ උෂ්ණත්වවලදී එවැනි භෞතික පද්ධතිවල ප්‍රතිචාරාත්මක බව සහ ස්ථායිතාව පිළිබඳ වැදගත් දර්ශකයක් ලෙස සැලකේ.
PVA ත්‍රිකෝණයේ එන්තැල්පිය සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, එය පළමුව NaAlg ඩයිමර් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි, පසුව කාබන් පරමාණුව #10 ට සම්බන්ධ OH කාණ්ඩය හරහා සහ අවසානයේ ග්ලිසරෝල් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි. එන්තැල්පිය යනු තාප ගතික පද්ධතියක ශක්තියේ මිනුමක් වේ. එන්තැල්පිය යනු පද්ධතියක මුළු තාපයට සමාන වන අතර එය පද්ධතියේ අභ්‍යන්තර ශක්තියට සහ එහි පරිමාවේ සහ පීඩනයේ ගුණිතයට සමාන වේ. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, එන්තැල්පිය මඟින් ද්‍රව්‍යයකට කොපමණ තාපයක් සහ කාර්යයක් එකතු වේද හෝ ඉවත් කරන්නේද යන්න පෙන්වයි52.
විවිධ ග්ලිසරෝල් සාන්ද්‍රණයන් සහිත 3PVA-(C10)2Na Alg ප්‍රතික්‍රියාව අතරතුර එන්තැල්පි වෙනස්කම් රූපය 5 හි දැක්වේ. A0, A1, A2, A3, A4, සහ A5 යන කෙටි යෙදුම් පිළිවෙලින් 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly, සහ 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly යන ආකෘති අණු නියෝජනය කරයි. රූපය 5a හි දැක්වෙන්නේ උෂ්ණත්වය සහ ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි වීමත් සමඟ එන්තැල්පිය වැඩි වන බවයි. 200 K දී 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (එනම්, A5) නියෝජනය කරන ව්‍යුහයේ එන්තැල්පිය 27.966 cal/mol වන අතර, 200 K දී 3PVA- 2NaAlg නියෝජනය කරන ව්‍යුහයේ එන්තැල්පිය 13.490 cal/mol වේ. අවසාන වශයෙන්, එන්තැල්පිය ධනාත්මක බැවින්, මෙම ප්‍රතික්‍රියාව තාප අවශෝෂක වේ.
සංවෘත තාප ගතික පද්ධතියක ඇති නොහැකි ශක්තියේ මිනුමක් ලෙස එන්ට්‍රොපිය අර්ථ දක්වා ඇති අතර එය බොහෝ විට පද්ධතියේ අක්‍රමිකතාවයේ මිනුමක් ලෙස සැලකේ. රූපය 5b උෂ්ණත්වය සමඟ 3PVA-(C10)2NaAlg හි එන්ට්‍රොපිය වෙනස් වීම සහ එය විවිධ ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන ආකාරය පෙන්වයි. උෂ්ණත්වය 200 K සිට 500 K දක්වා වැඩි වන විට එන්ට්‍රොපිය රේඛීයව වෙනස් වන බව ප්‍රස්ථාරයෙන් දැක්වේ. රූපය 5b පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරන්නේ 3PVA-(C10)2Na Alg ආකෘතියේ එන්ට්‍රොපිය 200 K දී 200 cal/K/mol දක්වා නැඹුරු වන බවයි, මන්ද 3PVA-(C10)2Na Alg ආකෘතිය අඩු දැලිස් අක්‍රමිකතාවයක් පෙන්නුම් කරයි. උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට, 3PVA-(C10)2Na Alg ආකෘතිය අක්‍රමිකතාවයක් ඇති වන අතර උෂ්ණත්වය වැඩි වීමත් සමඟ එන්ට්‍රොපිය වැඩිවීම පැහැදිලි කරයි. එපමණක් නොව, 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly හි ව්‍යුහයට ඉහළම එන්ට්‍රොපි අගය ඇති බව පැහැදිලිය.
උෂ්ණත්වය සමඟ තාප ධාරිතාවයේ වෙනස පෙන්වන රූපය 5c හි ද එම හැසිරීම නිරීක්ෂණය කර ඇත. තාප ධාරිතාව යනු දී ඇති ද්‍රව්‍ය ප්‍රමාණයක උෂ්ණත්වය 1 °C47 කින් වෙනස් කිරීමට අවශ්‍ය තාප ප්‍රමාණයයි. රූපය 5c හි දැක්වෙන්නේ 1, 2, 3, 4 සහ 5 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් ආකෘති අණුව 3PVA-(C10)2NaAlg හි තාප ධාරිතාවයේ වෙනස්කම් ය. රූපයේ දැක්වෙන්නේ 3PVA-(C10)2NaAlg ආකෘතියේ තාප ධාරිතාව උෂ්ණත්වය සමඟ රේඛීයව වැඩි වන බවයි. උෂ්ණත්වය ඉහළ යාමත් සමඟ තාප ධාරිතාවේ නිරීක්ෂණය කරන ලද වැඩිවීම ෆෝනෝන් තාප කම්පන වලට හේතු වේ. ඊට අමතරව, ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි වීම 3PVA-(C10)2NaAlg ආකෘතියේ තාප ධාරිතාව වැඩි වීමට හේතු වන බවට සාක්ෂි තිබේ. තවද, ව්‍යුහයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly අනෙකුත් ව්‍යුහයන්ට සාපේක්ෂව ඉහළම තාප ධාරිතාව අගය ඇති බවයි.
අධ්‍යයනය කරන ලද ව්‍යුහයන් සඳහා නිදහස් ශක්තිය සහ අවසාන ගොඩනැගීමේ තාපය වැනි අනෙකුත් පරාමිතීන් ගණනය කරන ලද අතර ඒවා පිළිවෙලින් රූප සටහන 5d සහ e හි දක්වා ඇත. ගොඩනැගීමේ අවසාන තාපය යනු නියත පීඩනය යටතේ එහි සංඝටක මූලද්‍රව්‍ය වලින් පිරිසිදු ද්‍රව්‍යයක් සෑදීමේදී මුදා හරින ලද හෝ අවශෝෂණය කරන ලද තාපයයි. නිදහස් ශක්තිය ශක්තියට සමාන ගුණාංගයක් ලෙස අර්ථ දැක්විය හැකිය, එනම්, එහි අගය එක් එක් තාප ගතික තත්වයේ ඇති ද්‍රව්‍ය ප්‍රමාණය මත රඳා පවතී. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly සෑදීමේ නිදහස් ශක්තිය සහ තාපය අවම වූ අතර පිළිවෙලින් -1318.338 සහ -1628.154 kcal/mol විය. ඊට වෙනස්ව, 3PVA-(C10)2NaAlg නියෝජනය කරන ව්‍යුහය අනෙකුත් ව්‍යුහයන්ට සාපේක්ෂව පිළිවෙලින් -690.340 සහ -830.673 kcal/mol හි ඉහළම නිදහස් ශක්තිය සහ තාපය ඇත. රූපය 5 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ග්ලිසරෝල් සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීම හේතුවෙන් විවිධ තාප ගුණාංග වෙනස් වේ. ගිබ්ස් නිදහස් ශක්තිය සෘණ වන අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ යෝජිත ව්‍යුහය ස්ථායී බවයි.
PM6 පිරිසිදු 3PVA- (C10) 2Na Alg (ආකෘතිය A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (ආකෘතිය A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (ආකෘතිය A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (ආකෘතිය A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (ආකෘතිය A4), සහ 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (ආකෘතිය A5) හි තාප පරාමිතීන් ගණනය කළේය, එහිදී (a) එන්තැල්පිය, (b) එන්ට්‍රොපිය, (c) තාප ධාරිතාව, (d) නිදහස් ශක්තිය සහ (e) සෑදීමේ තාපය වේ.
අනෙක් අතට, PVA ට්‍රයිමර් සහ ඩයිමරික් NaAlg අතර දෙවන අන්තර්ක්‍රියා මාදිලිය PVA ට්‍රයිමර් ව්‍යුහයේ පර්යන්ත සහ මැද OH කාණ්ඩවල සිදු වේ. පළමු කාණ්ඩයේ මෙන්, තාප පරාමිතීන් එකම මට්ටමේ න්‍යාය භාවිතා කර ගණනය කරන ලදී. රූපය 6a-e එන්තැල්පි, එන්ට්‍රොපි, තාප ධාරිතාව, නිදහස් ශක්තිය සහ අවසානයේ සෑදීමේ තාපයේ වෙනස්කම් පෙන්වයි. රූප සටහන් 6a-c හි දැක්වෙන්නේ 1, 2, 3, 4, 5 සහ 6 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන විට 1 වන පදයේ එන්තැල්පි, එන්ට්‍රොපි සහ තාප ධාරිතාව පළමු කාණ්ඩයට සමාන හැසිරීමක් පෙන්නුම් කරන බවයි. එපමණක් නොව, උෂ්ණත්වය වැඩි වීමත් සමඟ ඒවායේ අගයන් ක්‍රමයෙන් වැඩි වේ. ඊට අමතරව, යෝජිත 1 වන පදයේ Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ආකෘතියේ, ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි වීමත් සමඟ එන්තැල්පි, එන්ට්‍රොපි සහ තාප ධාරිතාව අගයන් වැඩි විය. B0, B1, B2, B3, B4, B5 සහ B6 යන කෙටි යෙදුම් පිළිවෙලින් පහත ව්‍යුහයන් නියෝජනය කරයි: Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly සහ Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. රූපය 6a-c හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ග්ලිසරෝල් ඒකක ගණන 1 සිට 6 දක්වා වැඩි වන විට එන්තැල්පි, එන්ට්‍රොපි සහ තාප ධාරිතාවයේ අගයන් වැඩි වන බව පැහැදිලිය.
PM6 පිරිසිදු වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg (ආකෘතිය B0), වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg – 1 Gly (ආකෘතිය B1), වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg – 2 Gly (ආකෘතිය B2), වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg – 3 Gly (ආකෘතිය B3), වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg – 4 Gly (ආකෘතිය B4), වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg – 5 Gly (ආකෘතිය B5), සහ වාර 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg – 6 Gly (ආකෘතිය B6) හි තාප පරාමිතීන් ගණනය කළේය, (අ) එන්තැල්පිය, (ආ) එන්ට්‍රොපිය, (ඇ) තාප ධාරිතාව, (ඈ) නිදහස් ශක්තිය සහ (ඉ) සෑදීමේ තාපය ඇතුළුව.
ඊට අමතරව, 1 වන වාරය Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg- 6 Gly නියෝජනය කරන ව්‍යුහය අනෙකුත් ව්‍යුහයන් හා සසඳන විට එන්තැල්පි, එන්ට්‍රොපි සහ තාප ධාරිතාවයේ ඉහළම අගයන් ඇත. ඒවා අතර, ඒවායේ අගයන් 1 වන වාරයේ Na Alg − 3PVA- මැද 1 Na Alg හි 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K සහ 131.323 kcal/mol සිට 1 වන වාරයේ Na Alg − 3PVA- මැද 1 Na Alg − 6 Gly හි පිළිවෙලින් 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K සහ 275.923 kcal/mol දක්වා වැඩි විය.
කෙසේ වෙතත්, රූප 6d සහ e මගින් නිදහස් ශක්තියේ උෂ්ණත්ව යැපීම සහ අවසාන සෑදීමේ තාපය (HF) පෙන්වයි. ස්වාභාවික හා සම්මත තත්වයන් යටතේ ද්‍රව්‍යයක මවුලයක් එහි මූලද්‍රව්‍ය වලින් සෑදෙන විට සිදුවන එන්තැල්පි වෙනස ලෙස HF අර්ථ දැක්විය හැකිය. අධ්‍යයනය කරන ලද සියලුම ව්‍යුහයන්ගේ නිදහස් ශක්තිය සහ සෑදීමේ අවසාන තාපය උෂ්ණත්වය මත රේඛීය යැපීමක් පෙන්නුම් කරන බව රූපයෙන් පැහැදිලි වේ, එනම් ඒවා ක්‍රමයෙන් සහ රේඛීයව වැඩිවන උෂ්ණත්වය සමඟ වැඩි වේ. ඊට අමතරව, 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly යන පදය නියෝජනය කරන ව්‍යුහයට අවම නිදහස් ශක්තිය සහ අවම HF ඇති බව රූපයෙන් තහවුරු විය. 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly යන පදයේ පරාමිතීන් දෙකම -758.337 සිට -899.741 K cal/mol දක්වා -1,476.591 සහ -1,828.523 K cal/mol දක්වා අඩු විය. ග්ලිසරෝල් ඒකක වැඩි වීමත් සමඟ HF අඩු වන බව ප්‍රතිඵලවලින් පැහැදිලි වේ. මෙයින් අදහස් කරන්නේ ක්‍රියාකාරී කාණ්ඩ වැඩි වීම නිසා ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය ද වැඩි වන අතර එම නිසා ප්‍රතික්‍රියාව සිදු කිරීමට අඩු ශක්තියක් අවශ්‍ය වන බවයි. ප්ලාස්ටික් කළ PVA/NaAlg එහි ඉහළ ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය නිසා බැටරිවල භාවිතා කළ හැකි බව මෙයින් තහවුරු වේ.
සාමාන්‍යයෙන්, උෂ්ණත්ව බලපෑම් වර්ග දෙකකට බෙදා ඇත: අඩු උෂ්ණත්ව බලපෑම් සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව බලපෑම්. අඩු උෂ්ණත්වවල බලපෑම් ප්‍රධාන වශයෙන් දැනෙන්නේ ග්‍රීන්ලන්තය, කැනඩාව සහ රුසියාව වැනි ඉහළ අක්ෂාංශවල පිහිටා ඇති රටවලට ය. ශීත ඍතුවේ දී, මෙම ස්ථානවල පිටත වායු උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක ශුන්‍යයට වඩා බෙහෙවින් අඩු ය. ලිතියම්-අයන බැටරිවල ආයු කාලය සහ ක්‍රියාකාරිත්වය අඩු උෂ්ණත්වයන්, විශේෂයෙන් ප්ලග්-ඉන් දෙමුහුන් විදුලි වාහන, පිරිසිදු විදුලි වාහන සහ දෙමුහුන් විදුලි වාහනවල භාවිතා කරන ඒවාට බලපෑ හැකිය. අභ්‍යවකාශ ගමන් යනු ලිතියම්-අයන බැටරි අවශ්‍ය වන තවත් සීතල පරිසරයකි. උදාහරණයක් ලෙස, අඟහරු මත උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක -120 දක්වා පහත වැටිය හැකි අතර, එය අභ්‍යවකාශ යානාවල ලිතියම්-අයන බැටරි භාවිතයට සැලකිය යුතු බාධාවක් ඇති කරයි. අඩු මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වයන් ලිතියම්-අයන බැටරිවල ආරෝපණ හුවමාරු අනුපාතය සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා ක්‍රියාකාරිත්වය අඩුවීමට හේතු විය හැකි අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ඉලෙක්ට්‍රෝඩය තුළ ලිතියම් අයනවල විසරණ අනුපාතය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළ අයනික සන්නායකතාවය අඩු වේ. මෙම පිරිහීම බලශක්ති ධාරිතාව සහ බලය අඩුවීමට හේතු වන අතර සමහර විට කාර්ය සාධනය පවා අඩු වේ53.
ඉහළ උෂ්ණත්ව ආචරණය ඉහළ සහ අඩු උෂ්ණත්ව පරිසරයන් ඇතුළුව පුළුල් පරාසයක යෙදුම් පරිසරයන් තුළ සිදු වන අතර, අඩු උෂ්ණත්ව ආචරණය ප්‍රධාන වශයෙන් අඩු උෂ්ණත්ව යෙදුම් පරිසරයන්ට සීමා වේ. අඩු උෂ්ණත්ව ආචරණය ප්‍රධාන වශයෙන් තීරණය වන්නේ පරිසර උෂ්ණත්වය මගින් වන අතර, ඉහළ උෂ්ණත්ව ආචරණය සාමාන්‍යයෙන් ක්‍රියාත්මක වන විට ලිතියම්-අයන බැටරිය තුළ ඇති ඉහළ උෂ්ණත්වයන්ට වඩාත් නිවැරදිව ආරෝපණය වේ.
ලිතියම්-අයන බැටරි ඉහළ ධාරා තත්වයන් යටතේ (වේගවත් ආරෝපණය සහ වේගවත් විසර්ජනය ඇතුළුව) තාපය ජනනය කරයි, එමඟින් අභ්‍යන්තර උෂ්ණත්වය ඉහළ යයි. ඉහළ උෂ්ණත්වයන්ට නිරාවරණය වීමෙන් බැටරි ක්‍රියාකාරිත්වය පිරිහීමට ද හේතු විය හැක, එයට ධාරිතාව සහ බලය අහිමි වීම ද ඇතුළත් වේ. සාමාන්‍යයෙන්, ලිතියම් නැතිවීම සහ ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියාකාරී ද්‍රව්‍ය නැවත ලබා ගැනීම ධාරිතාව අහිමි වීමට හේතු වන අතර, බලය අහිමි වීම අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධයේ වැඩි වීමක් නිසා සිදු වේ. උෂ්ණත්වය පාලනයෙන් තොර වුවහොත්, තාප ධාවනය සිදු වන අතර, සමහර අවස්ථාවල ස්වයංසිද්ධ දහනය හෝ පිපිරීමට පවා හේතු විය හැක.
QSAR ගණනය කිරීම් යනු ජීව විද්‍යාත්මක ක්‍රියාකාරකම් සහ සංයෝගවල ව්‍යුහාත්මක ගුණාංග අතර සම්බන්ධතා හඳුනා ගැනීම සඳහා භාවිතා කරන පරිගණකමය හෝ ගණිතමය ආකෘතිකරණ ක්‍රමයකි. සියලුම නිර්මාණය කරන ලද අණු ප්‍රශස්තිකරණය කරන ලද අතර සමහර QSAR ගුණාංග PM6 මට්ටමින් ගණනය කරන ලදී. වගුව 3 ගණනය කරන ලද QSAR විස්තර කිහිපයක් ලැයිස්තුගත කරයි. එවැනි විස්තර සඳහා උදාහරණ වන්නේ ආරෝපණය, TDM, මුළු ශක්තිය (E), අයනීකරණ විභවය (IP), ලොග් P සහ ධ්‍රැවීකරණය කිරීමේ හැකියාවයි (IP සහ ලොග් P තීරණය කිරීම සඳහා සූත්‍ර සඳහා වගුව 1 බලන්න).
ගණනය කිරීමේ ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ අධ්‍යයනය කරන ලද සියලුම ව්‍යුහයන් භූගත තත්වයේ පවතින බැවින් ඒවායේ මුළු ආරෝපණය ශුන්‍ය බවයි. පළමු අන්තර්ක්‍රියා සම්භාවිතාව සඳහා, 3PVA-(C10) 2Na Alg සඳහා ග්ලිසරෝල් හි TDM 2.788 Debye සහ 6.840 Debye වූ අතර, 3PVA-(C10) 2Na Alg පිළිවෙලින් ග්ලිසරෝල් ඒකක 1, 2, 3, 4 සහ 5 සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කළ විට TDM අගයන් 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye සහ 12.779 Debye දක්වා වැඩි කරන ලදී. TDM අගය වැඩි වන තරමට පරිසරය සමඟ එහි ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය වැඩි වේ.
මුළු ශක්තිය (E) ද ගණනය කරන ලද අතර, ග්ලිසරෝල් සහ 3PVA-(C10)2 NaAlg හි E අගයන් පිළිවෙලින් -141.833 eV සහ -200092.503 eV බව සොයා ගන්නා ලදී. මේ අතර, 3PVA-(C10)2 NaAlg නියෝජනය කරන ව්‍යුහයන් 1, 2, 3, 4 සහ 5 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරයි; E පිළිවෙලින් -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 සහ -1548.031 eV බවට පත්වේ. ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි කිරීම මුළු ශක්තියේ අඩුවීමට හේතු වන අතර එම නිසා ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය වැඩි වීමට හේතු වේ. මුළු ශක්ති ගණනය කිරීම මත පදනම්ව, 3PVA-2Na Alg-5 Gly වන ආදර්ශ අණුව අනෙකුත් ආදර්ශ අණු වලට වඩා ප්‍රතික්‍රියාශීලී බව නිගමනය කරන ලදී. මෙම සංසිද්ධිය ඒවායේ ව්‍යුහයට සම්බන්ධ වේ. 3PVA-(C10)2NaAlg හි අඩංගු වන්නේ -COONa කාණ්ඩ දෙකක් පමණක් වන අතර, අනෙක් ව්‍යුහයන්හි -COONa කාණ්ඩ දෙකක් අඩංගු වන නමුත් OH කාණ්ඩ කිහිපයක් රැගෙන යයි, එයින් අදහස් වන්නේ පරිසරය කෙරෙහි ඒවායේ ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය වැඩි වන බවයි.
මීට අමතරව, මෙම අධ්‍යයනයේ දී සියලුම ව්‍යුහයන්ගේ අයනීකරණ ශක්තීන් (IE) සලකා බලනු ලැබේ. අධ්‍යයනය කරන ලද ආකෘතියේ ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය මැනීම සඳහා අයනීකරණ ශක්තිය වැදගත් පරාමිතියකි. අණුවක එක් ලක්ෂ්‍යයක සිට අනන්තය දක්වා ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ගෙනයාමට අවශ්‍ය ශක්තිය අයනීකරණ ශක්තිය ලෙස හැඳින්වේ. එය අණුවේ අයනීකරණ මට්ටම (එනම් ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය) නියෝජනය කරයි. අයනීකරණ ශක්තිය වැඩි වන තරමට ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය අඩු වේ. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 සහ 5 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමේ IE ප්‍රතිඵල පිළිවෙලින් -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 සහ -9.323 eV වූ අතර, ග්ලිසරෝල් සහ 3PVA-(C10)2NaAlg හි IE පිළිවෙලින් -5.157 සහ -9.341 eV විය. ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීම IP අගය අඩුවීමට හේතු වූ බැවින්, අණුක ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වය වැඩි වූ අතර, එමඟින් විද්‍යුත් රසායනික උපාංගවල PVA/NaAlg/glycerol ආකෘති අණුවේ අදාළත්වය වැඩි දියුණු වේ.
වගුව 3 හි පස්වන විස්තරය වන්නේ Log P වන අතර එය කොටස් සංගුණකයේ ලඝුගණකය වන අතර අධ්‍යයනය කරනු ලබන ව්‍යුහය ජලභීතික ද ජලභීතික ද යන්න විස්තර කිරීමට භාවිතා කරයි. සෘණ Log P අගයක් ජලභීතික අණුවක් පෙන්නුම් කරයි, එනම් එය ජලයේ පහසුවෙන් දියවන අතර කාබනික ද්‍රාවකවල දුර්වල ලෙස දිය වේ. ධනාත්මක අගයක් ප්‍රතිවිරුද්ධ ක්‍රියාවලිය පෙන්නුම් කරයි.
ලබාගත් ප්‍රතිඵල මත පදනම්ව, සියලුම ව්‍යුහයන් ජලාකර්ෂණීය බව නිගමනය කළ හැකිය, මන්ද ඒවායේ Log P අගයන් (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly සහ 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) පිළිවෙලින් -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 සහ -8.504 වන අතර, ග්ලිසරෝල් වල Log P අගය -1.081 සහ 3PVA-(C10)2Na Alg -3.100 පමණක් වන බැවිනි. මෙයින් අදහස් කරන්නේ ජල අණු එහි ව්‍යුහයට ඇතුළත් කරන විට අධ්‍යයනය කරනු ලබන ව්‍යුහයේ ගුණාංග වෙනස් වන බවයි.
අවසාන වශයෙන්, සියලුම ව්‍යුහයන්ගේ ධ්‍රැවීකරණ හැකියාවන් අර්ධ-ආනුභවික ක්‍රමයක් භාවිතයෙන් PM6 මට්ටමින් ගණනය කෙරේ. බොහෝ ද්‍රව්‍යවල ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව විවිධ සාධක මත රඳා පවතින බව කලින් සඳහන් කරන ලදී. වැදගත්ම සාධකය වන්නේ අධ්‍යයනයට ලක්වන ව්‍යුහයේ පරිමාවයි. 3PVA සහ 2NaAlg අතර පළමු ආකාරයේ අන්තර්ක්‍රියාවට සම්බන්ධ සියලුම ව්‍යුහයන් සඳහා (අන්තර්ක්‍රියාව කාබන් පරමාණු අංක 10 හරහා සිදු වේ), ග්ලිසරෝල් එකතු කිරීමෙන් ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව වැඩි දියුණු වේ. 1, 2, 3, 4 සහ 5 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා හේතුවෙන් ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව 29.690 Å සිට 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 සහ 54.638 Å දක්වා වැඩි වේ. මේ අනුව, ඉහළම ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව ඇති ආකෘති අණුව 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly බවත්, අවම ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව ඇති ආකෘති අණුව 3PVA-(C10)2NaAlg බවත්, එය 29.690 Å බවත් සොයා ගන්නා ලදී.
QSAR විස්තරක ඇගයීමෙන් හෙළි වූයේ 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly නියෝජනය කරන ව්‍යුහය පළමු යෝජිත අන්තර්ක්‍රියාව සඳහා වඩාත්ම ප්‍රතික්‍රියාශීලී බවයි.
PVA ට්‍රයිමරය සහ NaAlg ඩයිමර් අතර දෙවන අන්තර්ක්‍රියා මාදිලිය සඳහා, ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ ඒවායේ ආරෝපණ පළමු අන්තර්ක්‍රියාව සඳහා පෙර කොටසේ යෝජනා කර ඇති ආරෝපණවලට සමාන බවයි. සියලුම ව්‍යුහයන්ට ශුන්‍ය ඉලෙක්ට්‍රොනික ආරෝපණයක් ඇත, එයින් අදහස් වන්නේ ඒවා සියල්ලම භූගත තත්වයේ පවතින බවයි.
වගුව 4 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, 1 වන වාරයේ Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg හි TDM අගයන් (PM6 මට්ටමින් ගණනය කරන ලද) 1 වන වාරයේ Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ග්ලිසරෝල් ඒකක 1, 2, 3, 4, 5 සහ 6 සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කළ විට 1 වන වාරයේ Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg හි TDM අගයන් 11.581 Debye සිට 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 සහ 15.756 දක්වා වැඩි විය. කෙසේ වෙතත්, ග්ලිසරෝල් ඒකක ගණන වැඩි වීමත් සමඟ මුළු ශක්තිය අඩු වන අතර, 1 වන පදය Na Alg − 3PVA- මැද 1 Na Alg නිශ්චිත ග්ලිසරෝල් ඒකක සංඛ්‍යාවක් (1 සිට 6 දක්වා) සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන විට, මුළු ශක්තිය පිළිවෙලින් − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 සහ − 1637.432 eV වේ.
දෙවන අන්තර්ක්‍රියා සම්භාවිතාව සඳහා, IP, Log P සහ ධ්‍රැවීකරණය ද PM6 න්‍යාය මට්ටමින් ගණනය කෙරේ. එබැවින්, ඔවුන් අණුක ප්‍රතික්‍රියාශීලීත්වයේ බලවත්ම විස්තර තුනක් සලකා බැලූහ. 1, 2, 3, 4, 5 සහ 6 ග්ලිසරෝල් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg නියෝජනය කරන ව්‍යුහයන් සඳහා, IP −9.385 eV සිට −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 සහ −8.900 eV දක්වා වැඩි වේ. කෙසේ වෙතත්, ගණනය කළ Log P අගය ග්ලිසරෝල් සමඟ End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ප්ලාස්ටික්කරණය හේතුවෙන් අඩු විය. ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය 1 සිට 6 දක්වා වැඩි වන විට, එහි අගයන් -3.643 වෙනුවට -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 සහ -10.53 බවට පත්වේ. අවසාන වශයෙන්, ධ්‍රැවීකරණ දත්ත පෙන්නුම් කළේ ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි කිරීමෙන් 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg යන පදයේ ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව වැඩි වූ බවයි. ග්ලිසරෝල් ඒකක 6 ක් සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් පසු ආකෘති අණුව වන 1 Na Alg- 3PVA- මැද 1 Na Alg හි ධ්‍රැවීකරණ හැකියාව 31.703 Å සිට 63.198 Å දක්වා වැඩි විය. දෙවන අන්තර්ක්‍රියා සම්භාවිතාවේ ග්ලිසරෝල් ඒකක ගණන වැඩි කිරීම සිදු කරනු ලබන්නේ පරමාණු විශාල සංඛ්‍යාවක් සහ සංකීර්ණ ව්‍යුහයක් තිබියදීත්, ග්ලිසරෝල් අන්තර්ගතය වැඩි වීමත් සමඟ කාර්ය සාධනය තවමත් වැඩිදියුණු වන බව තහවුරු කිරීම සඳහා බව සැලකිල්ලට ගැනීම වැදගත්ය. මේ අනුව, පවතින PVA/Na Alg/glycerin ආකෘතියට ලිතියම්-අයන බැටරි අර්ධ වශයෙන් ප්‍රතිස්ථාපනය කළ හැකි බව පැවසිය හැකි නමුත්, තවත් පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය අවශ්‍ය වේ.
මතුපිටක බන්ධන ධාරිතාවය adsorbate එකකට සංලක්ෂිත කිරීම සහ පද්ධති අතර අද්විතීය අන්තර්ක්‍රියා ඇගයීම සඳහා ඕනෑම පරමාණු දෙකක් අතර පවතින බන්ධන වර්ගය, අන්තර් අණුක සහ අන්තර් අණුක අන්තර්ක්‍රියා වල සංකීර්ණත්වය සහ මතුපිට සහ අවශෝෂකයේ ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්ව ව්‍යාප්තිය පිළිබඳ දැනුම අවශ්‍ය වේ. QTAIM විශ්ලේෂණයේ දී බන්ධන ශක්තිය තක්සේරු කිරීම සඳහා අන්තර්ක්‍රියා කරන පරමාණු අතර බන්ධන තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යයේ (BCP) ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය ඉතා වැදගත් වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන ආරෝපණ ඝනත්වය වැඩි වන තරමට සහසංයුජ අන්තර්ක්‍රියාව වඩාත් ස්ථායී වන අතර, සාමාන්‍යයෙන්, මෙම තීරණාත්මක ලක්ෂ්‍යවල ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය වැඩි වේ. එපමණක් නොව, මුළු ඉලෙක්ට්‍රෝන ශක්ති ඝනත්වය (H(r)) සහ ලැප්ලේස් ආරෝපණ ඝනත්වය (∇2ρ(r)) යන දෙකම 0 ට වඩා අඩු නම්, මෙය සහසංයුජ (සාමාන්‍ය) අන්තර්ක්‍රියා පවතින බව පෙන්නුම් කරයි. අනෙක් අතට, ∇2ρ(r) සහ H(r) 0.54 ට වඩා වැඩි වූ විට, එය දුර්වල හයිඩ්‍රජන් බන්ධන, වැන් ඩර් වෝල්ස් බල සහ විද්‍යුත් ස්ථිතික අන්තර්ක්‍රියා වැනි සහසංයුජ නොවන (සංවෘත කවච) අන්තර්ක්‍රියා පවතින බව පෙන්නුම් කරයි. QTAIM විශ්ලේෂණය මගින් රූප සටහන් 7 සහ 8 හි දැක්වෙන පරිදි අධ්‍යයනය කරන ලද ව්‍යුහයන්හි සහසංයුජ නොවන අන්තර්ක්‍රියා වල ස්වභාවය අනාවරණය විය. විශ්ලේෂණය මත පදනම්ව, 3PVA − 2Na Alg සහ Term 1 Na Alg − 3PVA – Mid 1 Na Alg නියෝජනය කරන ආකෘති අණු විවිධ ග්ලයිසීන් ඒකක සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන අණු වලට වඩා ඉහළ ස්ථායිතාවයක් පෙන්නුම් කළේය. මෙයට හේතුව ස්ථායී අන්තර්ක්‍රියා සහ හයිඩ්‍රජන් බන්ධන වැනි ඇල්ජිනේට් ව්‍යුහයේ බහුලව දක්නට ලැබෙන සහසංයුජ නොවන අන්තර්ක්‍රියා ගණනාවක් ඇල්ජිනේට් මගින් සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය ස්ථායීකරණය කිරීමට හැකියාව ලබා දෙන බැවිනි. තවද, අපගේ ප්‍රතිඵල මගින් 3PVA − 2Na Alg සහ Term 1 Na Alg − 3PVA – Mid 1 Na Alg ආකෘති අණු සහ ග්ලයිසීන් අතර සහසංයුජ නොවන අන්තර්ක්‍රියා වල වැදගත්කම පෙන්නුම් කරයි, එමඟින් සංයුක්ත ද්‍රව්‍යවල සමස්ත ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිසරය වෙනස් කිරීමේදී ග්ලයිසීන් වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරන බව පෙන්නුම් කරයි.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, සහ (f) 5Gly සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරන 3PVA − 2NaAlg ආදර්ශ අණුවේ QTAIM විශ්ලේෂණය.