ويژگي هاي سطحي و نحوه انتقال گرما در نانوسامانه طلا-آب به روش مدلسازي ديناميك مولكولي

Surface characteristics and thermal conductivity of Gold-water nanostructure using Molecular Dynamic simulation

هدف از اين مطالعه، شبيه‌سازي سيستمي متشكل از آب-نانوذرات طلا و بررسي ويژگي‌هاي و نحوه انتقال گرما از نانو ذرات به محلول مي‌باشد. شرايط اوليه سيستم با كمك دو نرم‌افزار متن‌باز Packmol و Moltemplate، و معادلات حاكم، در نرم‌افزار متن‌باز LAMMPS براي سيستم موردنظر تعريف شد. تحليل‌هاي بعد از شبيه‌سازي با استفاده از نرم‌افزارهاي MATLAB، VMD و Python انجام گرديد. براي بررسي پروسه انتقال گرما از نانو ذرات طلا به محلول از روش SNEMD استفاده شد. طبق نتايج، اضافه نمودن نانو ذرات طلا به آب باعث كاهش ضخامت سطح تقابل آن و افزايش انسجام ذرات سيال در اين سطح مي‌شود. همچنين نرخ افزايش كشش سطحي با افزايش غلظت نانو ذرات و كسرمولي، در نانو ذرات با قطر بيشتر، نسبت به نانو ذرات كوچك‌تر، بيشتر است. در پروسه خنك‌سازي نانو ذرات، گرما در محلول در فاصلهnm 2 در فاصله زماني كمتر از ps5 انتقال پيدا مي‌كند و رسانش گرمايي در اولين لايه آب نزديك به نانوذره 50 بيش از ديگر قسمت‌هاي محلول است. بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت، با افزايش چگالي مولكولي در سطح نانو سيال، و كاهش سطح تقابل لايه سطحي، احتمال اختلاط نانو سيال با مايعات داخل بدن كاهش مي‌يابد. اين پديده مي‌تواند به منجر به بالا رفتن بازده نانو سيال در روش‌هاي تشخيصي و درماني شود. در صورت استفاده از نانو ذرات طلا در هايپرترميا، افزايش دما اثر بيشتري بر مرگ سلول‌هاي سرطاني نزديك نانوذره نسبت به بافت‌هاي سالم توموري در فاصله دورتر خواهد داشت.

The aim of this study is simulating a system of water-GNPs and investigating nanofluid specifications and heat transfer proses from nanoparticles to solution. The initial condition is coordinated by the use of Packmol and Moltemplate codes, General equations were applied by the use of LAMMPS open-source code. Post-Processing methods were down by the use of MATLAB, VMD and Python software. Heat transfer proses from GNPs to solution investigated by the use of SNEMD method. According to the result, adding GNPs reduces the interface layer and increases surface tension value. The rate of surface tension and mole fraction enhancement with the bigger GNPs is greater than the system with smaller GNPs. In cooling proses, the heat transfers fewer than 5ps in 2mm and heat conduction in the first layer of water is 50% greater than other parts of the fluid. It can be concluded that, when the molecular density increases near the surface of Nanofluid, and reduction of surface tension, Nanofluids dispersion with organic fluid is less possible. This phenomenon helps to increase the diagnosis and treatment efficiency. Therefore, by the use of GNPs in Hyperthermia, Increasing temperature has higher impacts on cancer cells closer to GNPs than far normal cells.