nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ബ്രൗസർ പതിപ്പിന് പരിമിതമായ CSS പിന്തുണ മാത്രമേ ഉള്ളൂ. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, ഏറ്റവും പുതിയ ബ്രൗസർ പതിപ്പ് ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ അനുയോജ്യതാ മോഡ് ഓഫാക്കുക). കൂടാതെ, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, ഈ സൈറ്റിൽ സ്റ്റൈലുകളോ ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റോ ഉൾപ്പെടുത്തില്ല.
സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ (NIB-കൾ) ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിനുള്ള ഒരു വാഗ്ദാനമായ ബദൽ പരിഹാരമാണ്. നിലവിൽ, NIB സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനത്തിലെ പ്രധാന തടസ്സം ദീർഘകാലത്തേക്ക് സോഡിയം അയോണുകൾ റിവേഴ്‌സിബിൾ ആയി സംഭരിക്കാനും പുറത്തുവിടാനും കഴിയുന്ന ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കളുടെ അഭാവമാണ്. അതിനാൽ, NIB ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലുകളായി പോളി വിനൈൽ ആൽക്കഹോൾ (PVA), സോഡിയം ആൽജിനേറ്റ് (NaAlg) മിശ്രിതങ്ങളിൽ ഗ്ലിസറോൾ ചേർക്കുന്നതിന്റെ ഫലത്തെക്കുറിച്ച് സൈദ്ധാന്തികമായി അന്വേഷിക്കുക എന്നതാണ് ഈ പഠനത്തിന്റെ ലക്ഷ്യം. PVA, സോഡിയം ആൽജിനേറ്റ്, ഗ്ലിസറോൾ മിശ്രിതങ്ങൾ എന്നിവയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ ഇലക്ട്രോണിക്, തെർമൽ, ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് സ്ട്രക്ചർ-ആക്ടിവിറ്റി റിലേഷൻഷിപ്പ് (QSAR) ഡിസ്ക്രിപ്റ്ററുകളിൽ ഈ പഠനം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. സെമി-എംപിറിക്കൽ രീതികളും സാന്ദ്രത ഫങ്ഷണൽ സിദ്ധാന്തവും (DFT) ഉപയോഗിച്ചാണ് ഈ ഗുണങ്ങൾ അന്വേഷിക്കുന്നത്. ഘടനാപരമായ വിശകലനം PVA/ആൽജിനേറ്റും ഗ്ലിസറോളും തമ്മിലുള്ള ഇടപെടലുകളുടെ വിശദാംശങ്ങൾ വെളിപ്പെടുത്തിയതിനാൽ, ബാൻഡ് വിടവ് ഊർജ്ജം (Eg) അന്വേഷിച്ചു. ഗ്ലിസറോൾ ചേർക്കുന്നത് Eg മൂല്യം 0.2814 eV ആയി കുറയുന്നതിന് കാരണമാകുമെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. മോളിക്യുലാർ ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് പൊട്ടൻഷ്യൽ സർഫേസ് (MESP) ഇലക്ട്രോൺ സമ്പുഷ്ടവും ഇലക്ട്രോൺ ദരിദ്രവുമായ പ്രദേശങ്ങളുടെയും മുഴുവൻ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് സിസ്റ്റത്തിലെയും തന്മാത്രാ ചാർജുകളുടെയും വിതരണം കാണിക്കുന്നു. പഠിച്ച താപ പാരാമീറ്ററുകളിൽ എൻതാൽപ്പി (H), എൻട്രോപ്പി (ΔS), താപ ശേഷി (Cp), ഗിബ്സ് ഫ്രീ എനർജി (G), രൂപീകരണത്തിന്റെ താപം എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. കൂടാതെ, മൊത്തം ദ്വിധ്രുവ നിമിഷം (TDM), മൊത്തം ഊർജ്ജം (E), അയോണൈസേഷൻ പൊട്ടൻഷ്യൽ (IP), ലോഗ് P, പോളറൈസബിലിറ്റി തുടങ്ങിയ നിരവധി ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് സ്ട്രക്ചർ-ആക്ടിവിറ്റി റിലേഷൻഷിപ്പ് (QSAR) ഡിസ്ക്രിപ്റ്ററുകൾ ഈ പഠനത്തിൽ അന്വേഷിച്ചു. താപനിലയും ഗ്ലിസറോൾ ഉള്ളടക്കവും വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് H, ΔS, Cp, G, TDM എന്നിവ വർദ്ധിച്ചതായി ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു. അതേസമയം, രൂപീകരണത്തിന്റെ താപം, IP, E എന്നിവ കുറഞ്ഞു, ഇത് പ്രതിപ്രവർത്തനവും ധ്രുവീകരണവും മെച്ചപ്പെടുത്തി. കൂടാതെ, ഗ്ലിസറോൾ ചേർത്തുകൊണ്ട്, സെൽ വോൾട്ടേജ് 2.488 V ആയി വർദ്ധിച്ചു. ചെലവ് കുറഞ്ഞ PVA/Na Alg ഗ്ലിസറോൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള DFT, PM6 കണക്കുകൂട്ടലുകൾ അവയുടെ മൾട്ടിഫങ്ഷണാലിറ്റി കാരണം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ഭാഗികമായി മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് കാണിക്കുന്നു, പക്ഷേ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകളും ഗവേഷണങ്ങളും ആവശ്യമാണ്.
ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ (LIB-കൾ) വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടെങ്കിലും, അവയുടെ ഹ്രസ്വകാല ആയുസ്സ്, ഉയർന്ന വില, സുരക്ഷാ ആശങ്കകൾ എന്നിവ കാരണം അവയുടെ പ്രയോഗത്തിന് നിരവധി പരിമിതികൾ നേരിടുന്നു. സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ (SIB-കൾ) അവയുടെ വിശാലമായ ലഭ്യത, കുറഞ്ഞ വില, സോഡിയം മൂലകത്തിന്റെ വിഷരഹിതത എന്നിവ കാരണം LIB-കൾക്ക് ഒരു പ്രായോഗിക ബദലായി മാറിയേക്കാം. ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ (SIB-കൾ) വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഒരു പ്രധാന ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​സംവിധാനമായി മാറുകയാണ്. അയോൺ ഗതാഗതം സുഗമമാക്കുന്നതിനും വൈദ്യുത പ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളെ വളരെയധികം ആശ്രയിക്കുന്നു2,3. ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ പ്രധാനമായും ലോഹ ലവണങ്ങളും ജൈവ ലായകങ്ങളും ചേർന്നതാണ്. പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ സുരക്ഷ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പരിഗണിക്കേണ്ടതുണ്ട്, പ്രത്യേകിച്ച് ബാറ്ററി താപ അല്ലെങ്കിൽ വൈദ്യുത സമ്മർദ്ദത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ4.
സമുദ്രത്തിലെ സമൃദ്ധമായ ശേഖരം, വിഷരഹിതത, കുറഞ്ഞ മെറ്റീരിയൽ ചെലവ് എന്നിവ കാരണം സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ (SIB-കൾ) സമീപഭാവിയിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് പകരമാകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. നാനോ മെറ്റീരിയലുകളുടെ സമന്വയം ഡാറ്റ സംഭരണം, ഇലക്ട്രോണിക്, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ വികസനം ത്വരിതപ്പെടുത്തി. സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ വിവിധ നാനോസ്ട്രക്ചറുകളുടെ (ഉദാഹരണത്തിന്, ലോഹ ഓക്സൈഡുകൾ, ഗ്രാഫീൻ, നാനോട്യൂബുകൾ, ഫുള്ളറീനുകൾ) പ്രയോഗം ഒരു വലിയ സാഹിത്യശേഖരം തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. വൈവിധ്യവും പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദവും കാരണം സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കായി പോളിമറുകൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള ആനോഡ് വസ്തുക്കളുടെ വികസനത്തിൽ ഗവേഷണം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന പോളിമർ ബാറ്ററികളുടെ മേഖലയിലെ ഗവേഷണ താൽപ്പര്യം നിസ്സംശയമായും വർദ്ധിക്കും. സവിശേഷമായ ഘടനകളും ഗുണങ്ങളുമുള്ള നോവൽ പോളിമർ ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദ ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്ക് വഴിയൊരുക്കും. സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനായി വിവിധ പോളിമർ ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്തിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഈ മേഖല ഇപ്പോഴും വികസനത്തിന്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിലാണ്. സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കായി, വ്യത്യസ്ത ഘടനാപരമായ കോൺഫിഗറേഷനുകളുള്ള കൂടുതൽ പോളിമർ വസ്തുക്കൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. പോളിമർ ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കളിലെ സോഡിയം അയോണുകളുടെ സംഭരണ ​​സംവിധാനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ നിലവിലുള്ള അറിവിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, സംയോജിത സിസ്റ്റത്തിലെ കാർബോണൈൽ ഗ്രൂപ്പുകൾ, ഫ്രീ റാഡിക്കലുകൾ, ഹെറ്ററോആറ്റങ്ങൾ എന്നിവ സോഡിയം അയോണുകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് സജീവ സൈറ്റുകളായി വർത്തിക്കുമെന്ന് അനുമാനിക്കാം. അതിനാൽ, ഈ സജീവ സൈറ്റുകളുടെ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള പുതിയ പോളിമറുകൾ വികസിപ്പിക്കേണ്ടത് നിർണായകമാണ്. ബാറ്ററി വിശ്വാസ്യത, അയോൺ ചാലകത, ചോർച്ച ഇല്ല, ഉയർന്ന വഴക്കം, മികച്ച പ്രകടനം എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു ബദൽ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ജെൽ പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് (GPE).
പോളിമർ മാട്രിക്സുകളിൽ PVA, പോളിയെത്തിലീൻ ഓക്സൈഡ് (PEO) പോലുള്ള വസ്തുക്കൾ ഉൾപ്പെടുന്നു13. ജെൽ പെർമിയബിൾ പോളിമർ (GPE) പോളിമർ മാട്രിക്സിലെ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനെ നിശ്ചലമാക്കുന്നു, ഇത് വാണിജ്യ സെപ്പറേറ്ററുകളെ അപേക്ഷിച്ച് ചോർച്ചയുടെ സാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നു14. PVA ഒരു സിന്തറ്റിക് ബയോഡീഗ്രേഡബിൾ പോളിമറാണ്. ഇതിന് ഉയർന്ന പെർമിറ്റിവിറ്റി ഉണ്ട്, വിലകുറഞ്ഞതും വിഷരഹിതവുമാണ്. ഫിലിം-ഫോമിംഗ് പ്രോപ്പർട്ടികൾ, കെമിക്കൽ സ്റ്റെബിലിറ്റി, അഡീഷൻ എന്നിവയ്ക്ക് ഈ മെറ്റീരിയൽ പേരുകേട്ടതാണ്. ഇതിന് ഫങ്ഷണൽ (OH) ഗ്രൂപ്പുകളും ഉയർന്ന ക്രോസ്-ലിങ്കിംഗ് പൊട്ടൻഷ്യൽ ഡെൻസിറ്റിയും ഉണ്ട്15,16,17. മാട്രിക്സ് ക്രിസ്റ്റലിനിറ്റി കുറയ്ക്കുന്നതിനും ചെയിൻ ഫ്ലെക്സിബിലിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും PVA-അധിഷ്ഠിത പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് പോളിമർ ബ്ലെൻഡിംഗ്, പ്ലാസ്റ്റിസൈസർ അഡീഷൻ, കോമ്പോസിറ്റ് അഡീഷൻ, ഇൻ സിറ്റു പോളിമറൈസേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്18,19,20.
വ്യാവസായിക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി പോളിമെറിക് വസ്തുക്കൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന രീതിയാണ് ബ്ലെൻഡിംഗ്. പോളിമർ മിശ്രിതങ്ങൾ പലപ്പോഴും ഇവ ഉപയോഗിക്കുന്നു: (1) വ്യാവസായിക ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ പ്രകൃതിദത്ത പോളിമറുകളുടെ സംസ്കരണ സവിശേഷതകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്; (2) ബയോഡീഗ്രേഡബിൾ വസ്തുക്കളുടെ രാസ, ഭൗതിക, മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്; (3) ഭക്ഷ്യ പാക്കേജിംഗ് വ്യവസായത്തിൽ പുതിയ വസ്തുക്കൾക്കായുള്ള അതിവേഗം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ആവശ്യകതയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിന്. കോപോളിമറൈസേഷനിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ആവശ്യമുള്ള ഗുണങ്ങൾ നേടുന്നതിന് സങ്കീർണ്ണമായ രാസ പ്രക്രിയകളേക്കാൾ ലളിതമായ ഭൗതിക പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു കുറഞ്ഞ ചെലവുള്ള പ്രക്രിയയാണ് പോളിമർ ബ്ലെൻഡിംഗ്. 21. ഹോമോപൊളിമറുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന്, വ്യത്യസ്ത പോളിമറുകൾക്ക് ദ്വിധ്രുവ-ദ്വിധ്രുവ ശക്തികൾ, ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ചാർജ്-ട്രാൻസ്ഫർ കോംപ്ലക്സുകൾ എന്നിവയിലൂടെ സംവദിക്കാൻ കഴിയും. 22,23. പ്രകൃതിദത്തവും സിന്തറ്റിക് പോളിമറുകളിൽ നിന്നും നിർമ്മിച്ച മിശ്രിതങ്ങൾക്ക് മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുമായി നല്ല ബയോകോംപാറ്റിബിലിറ്റി സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, കുറഞ്ഞ ഉൽപാദന ചെലവിൽ മികച്ച മെറ്റീരിയൽ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. 24,25. അതിനാൽ, സിന്തറ്റിക്, പ്രകൃതിദത്ത പോളിമറുകൾ സംയോജിപ്പിച്ച് ബയോറെലവന്റ് പോളിമെറിക് വസ്തുക്കൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിൽ വലിയ താൽപ്പര്യമുണ്ട്. PVA സോഡിയം ആൽജിനേറ്റ് (NaAlg), സെല്ലുലോസ്, ചിറ്റോസാൻ, സ്റ്റാർച്ച് എന്നിവയുമായി സംയോജിപ്പിക്കാം.
സോഡിയം ആൽജിനേറ്റ് സമുദ്രത്തിലെ തവിട്ട് ആൽഗകളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്ന ഒരു പ്രകൃതിദത്ത പോളിമറും അയോണിക് പോളിസാക്കറൈഡുമാണ്. സോഡിയം ആൽജിനേറ്റിൽ β-(1-4)-ലിങ്ക്ഡ് ഡി-മാനുറോണിക് ആസിഡ് (M), α-(1-4)-ലിങ്ക്ഡ് എൽ-ഗുലുറോണിക് ആസിഡ് (G) എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഇത് ഹോമോപൊളിമെറിക് രൂപങ്ങളായും (പോളി-എം, പോളി-ജി) ഹെറ്ററോപൊളിമെറിക് ബ്ലോക്കുകളായും (MG അല്ലെങ്കിൽ GM) ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. M, G ബ്ലോക്കുകളുടെ ഉള്ളടക്കവും ആപേക്ഷിക അനുപാതവും ആൽജിനേറ്റിന്റെ രാസ, ഭൗതിക ഗുണങ്ങളിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു28,29. സോഡിയം ആൽജിനേറ്റ് അതിന്റെ ജൈവവിഘടനം, ജൈവ പൊരുത്തക്കേട്, കുറഞ്ഞ വില, നല്ല ഫിലിം രൂപീകരണ ഗുണങ്ങൾ, വിഷരഹിതത എന്നിവ കാരണം വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുകയും പഠിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ആൽജിനേറ്റ് ശൃംഖലയിലെ ധാരാളം സ്വതന്ത്ര ഹൈഡ്രോക്‌സിൽ (OH), കാർബോക്‌സിലേറ്റ് (COO) ഗ്രൂപ്പുകൾ ആൽജിനേറ്റിനെ ഉയർന്ന ഹൈഡ്രോഫിലിക് ആക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ആൽജിനേറ്റിന് അതിന്റെ പൊട്ടൽ, കാഠിന്യം എന്നിവ കാരണം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ കുറവാണ്. അതിനാൽ, ജല സംവേദനക്ഷമതയും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ആൽജിനേറ്റിനെ മറ്റ് സിന്തറ്റിക് വസ്തുക്കളുമായി സംയോജിപ്പിക്കാം30,31.
പുതിയ ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിനുമുമ്പ്, പുതിയ വസ്തുക്കളുടെ നിർമ്മാണ സാധ്യത വിലയിരുത്താൻ DFT കണക്കുകൂട്ടലുകൾ പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കുന്നു. കൂടാതെ, പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കാനും പ്രവചിക്കാനും, സമയം ലാഭിക്കാനും, രാസ മാലിന്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കാനും, പ്രതിപ്രവർത്തന സ്വഭാവം പ്രവചിക്കാനും ശാസ്ത്രജ്ഞർ മോളിക്യുലാർ മോഡലിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു32. മെറ്റീരിയൽ സയൻസ്, നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ, കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ കെമിസ്ട്രി, മയക്കുമരുന്ന് കണ്ടെത്തൽ എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി മേഖലകളിൽ മോളിക്യുലാർ മോഡലിംഗ് ശക്തവും പ്രധാനപ്പെട്ടതുമായ ഒരു ശാസ്ത്ര ശാഖയായി മാറിയിരിക്കുന്നു33,34. മോഡലിംഗ് പ്രോഗ്രാമുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് ഊർജ്ജം (രൂപീകരണ താപം, അയോണൈസേഷൻ സാധ്യത, ആക്ടിവേഷൻ ഊർജ്ജം മുതലായവ), ജ്യാമിതി (ബോണ്ട് ആംഗിളുകൾ, ബോണ്ട് ദൈർഘ്യങ്ങൾ, ടോർഷൻ ആംഗിളുകൾ)35 എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള തന്മാത്രാ ഡാറ്റ നേരിട്ട് ലഭിക്കും. കൂടാതെ, ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങൾ (ചാർജ്, HOMO, LUMO ബാൻഡ് വിടവ് ഊർജ്ജം, ഇലക്ട്രോൺ അഫിനിറ്റി), സ്പെക്ട്രൽ ഗുണങ്ങൾ (FTIR സ്പെക്ട്ര പോലുള്ള സ്വഭാവ വൈബ്രേഷണൽ മോഡുകളും തീവ്രതകളും), ബൾക്ക് ഗുണങ്ങൾ (വോളിയം, ഡിഫ്യൂഷൻ, വിസ്കോസിറ്റി, മോഡുലസ് മുതലായവ)36 എന്നിവ കണക്കാക്കാം.
ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത (ഏകദേശം 5.1 V ന്റെ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ്) കാരണം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കളുമായി മത്സരിക്കുന്നതിൽ LiNiPO4 സാധ്യതയുള്ള ഗുണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് മേഖലയിൽ LiNiPO4 ന്റെ ഗുണം പൂർണ്ണമായി പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിന്, നിലവിൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന് 4.8 V ന് താഴെയുള്ള വോൾട്ടേജുകളിൽ മാത്രമേ താരതമ്യേന സ്ഥിരത നിലനിർത്താൻ കഴിയൂ എന്നതിനാൽ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ് കുറയ്ക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഷാങ് തുടങ്ങിയവർ LiNiPO4 ന്റെ Ni സൈറ്റിലെ എല്ലാ 3d, 4d, 5d സംക്രമണ ലോഹങ്ങളുടെയും ഡോപ്പിംഗ് അന്വേഷിച്ചു, മികച്ച ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനമുള്ള ഡോപ്പിംഗ് പാറ്റേണുകൾ തിരഞ്ഞെടുത്തു, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനത്തിന്റെ ആപേക്ഷിക സ്ഥിരത നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് LiNiPO4 ന്റെ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജ് ക്രമീകരിച്ചു. അവർക്ക് ലഭിച്ച ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന വോൾട്ടേജുകൾ Ti, Nb, Ta-ഡോപ്പ് ചെയ്ത LiNiPO4 എന്നിവയ്ക്ക് യഥാക്രമം 4.21, 3.76, 3.5037 എന്നിവയായിരുന്നു.
അതിനാൽ, റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന അയോൺ-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്നതിന് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്കൽ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ഉപയോഗിച്ച് PVA/NaAlg സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളിലും, QSAR ഡിസ്ക്രിപ്റ്ററുകളിലും, താപ ഗുണങ്ങളിലും പ്ലാസ്റ്റിസൈസറായി ഗ്ലിസറോളിന്റെ സ്വാധീനം സൈദ്ധാന്തികമായി അന്വേഷിക്കുക എന്നതാണ് ഈ പഠനത്തിന്റെ ലക്ഷ്യം. PVA/NaAlg മോഡലും ഗ്ലിസറോളും തമ്മിലുള്ള തന്മാത്രാ ഇടപെടലുകൾ ബാഡറുടെ ക്വാണ്ടം ആറ്റോമിക് സിദ്ധാന്തം (QTAIM) ഉപയോഗിച്ച് വിശകലനം ചെയ്തു.
PVA യുടെ NaAlg യുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെയും തുടർന്ന് ഗ്ലിസറോളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെയും പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഒരു തന്മാത്രാ മാതൃക DFT ഉപയോഗിച്ച് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു. ഈജിപ്തിലെ കെയ്‌റോയിലുള്ള നാഷണൽ റിസർച്ച് സെന്ററിലെ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി ഡിപ്പാർട്ട്‌മെന്റിലെ ഗൗസിയൻ 0938 സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഉപയോഗിച്ചാണ് മോഡൽ കണക്കാക്കിയത്. B3LYP/6-311G(d, p) ലെവലിൽ DFT ഉപയോഗിച്ചാണ് മോഡലുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തത്39,40,41,42. പഠിച്ച മോഡലുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം പരിശോധിക്കുന്നതിന്, ഒരേ തലത്തിലുള്ള സിദ്ധാന്തത്തിൽ നടത്തിയ ഫ്രീക്വൻസി പഠനങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ജ്യാമിതിയുടെ സ്ഥിരത പ്രകടമാക്കുന്നു. വിലയിരുത്തപ്പെട്ട എല്ലാ ഫ്രീക്വൻസികളിലും നെഗറ്റീവ് ഫ്രീക്വൻസികളുടെ അഭാവം പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി ഉപരിതലത്തിലെ യഥാർത്ഥ പോസിറ്റീവ് മിനിമയിലെ അനുമാനിച്ച ഘടനയെ എടുത്തുകാണിക്കുന്നു. TDM, HOMO/LUMO ബാൻഡ് വിടവ് എനർജി, MESP തുടങ്ങിയ ഭൗതിക പാരാമീറ്ററുകൾ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അതേ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്കൽ തലത്തിലാണ് കണക്കാക്കിയത്. കൂടാതെ, രൂപീകരണത്തിന്റെ അന്തിമ താപം, സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജം, എൻട്രോപ്പി, എൻതാൽപ്പി, താപ ശേഷി തുടങ്ങിയ ചില താപ പാരാമീറ്ററുകൾ പട്ടിക 1 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്ന സൂത്രവാക്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കി. പഠിച്ച ഘടനകളുടെ ഉപരിതലത്തിൽ സംഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ തിരിച്ചറിയുന്നതിനായി പഠിച്ച മോഡലുകളെ തന്മാത്രകളിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം (QTAIM) വിശകലനത്തിന് വിധേയമാക്കി. ഗൗസിയൻ 09 സോഫ്റ്റ്‌വെയർ കോഡിലെ “output=wfn” കമാൻഡ് ഉപയോഗിച്ച് ഈ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ നടത്തി, തുടർന്ന് അവോഗാഡ്രോ സോഫ്റ്റ്‌വെയർ കോഡ്43 ഉപയോഗിച്ച് ദൃശ്യവൽക്കരിച്ചു.
ഇവിടെ E എന്നത് ആന്തരിക ഊർജ്ജമാണ്, P എന്നത് മർദ്ദമാണ്, V എന്നത് വ്യാപ്തമാണ്, Q എന്നത് സിസ്റ്റത്തിനും അതിന്റെ പരിസ്ഥിതിക്കും ഇടയിലുള്ള താപ വിനിമയമാണ്, T എന്നത് താപനിലയാണ്, ΔH എന്നത് എൻതാൽപ്പി മാറ്റമാണ്, ΔG എന്നത് സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജ മാറ്റമാണ്, ΔS എന്നത് എൻട്രോപ്പി മാറ്റമാണ്, a, b എന്നിവ വൈബ്രേഷണൽ പാരാമീറ്ററുകളാണ്, q എന്നത് ആറ്റോമിക് ചാർജാണ്, C എന്നത് ആറ്റോമിക് ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രതയാണ്44,45. ഒടുവിൽ, ഈജിപ്തിലെ കെയ്‌റോയിലുള്ള നാഷണൽ റിസർച്ച് സെന്ററിന്റെ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി ഡിപ്പാർട്ട്‌മെന്റിൽ SCIGRESS സോഫ്റ്റ്‌വെയർ കോഡ്46 ഉപയോഗിച്ച് PM6 ലെവലിൽ QSAR പാരാമീറ്ററുകൾ കണക്കാക്കി.
ഞങ്ങളുടെ മുൻ കൃതിയിൽ47, മൂന്ന് PVA യൂണിറ്റുകളും രണ്ട് NaAlg യൂണിറ്റുകളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം വിവരിക്കുന്ന ഏറ്റവും സാധ്യതയുള്ള മാതൃക ഞങ്ങൾ വിലയിരുത്തി, ഗ്ലിസറോൾ ഒരു പ്ലാസ്റ്റിസൈസറായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, PVA, NaAlg എന്നിവയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് രണ്ട് സാധ്യതകളുണ്ട്. 3PVA-2Na Alg (കാർബൺ നമ്പർ 10 അടിസ്ഥാനമാക്കി), ടേം 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg എന്നിങ്ങനെ നിയുക്തമാക്കിയ രണ്ട് മോഡലുകൾക്ക് പരിഗണിക്കപ്പെട്ട മറ്റ് ഘടനകളെ അപേക്ഷിച്ച് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ വിടവ് മൂല്യമുണ്ട്48. അതിനാൽ, PVA/Na Alg മിശ്രിത പോളിമറിന്റെ ഏറ്റവും സാധ്യതയുള്ള മോഡലിൽ Gly കൂട്ടിച്ചേർക്കലിന്റെ പ്രഭാവം പിന്നീടുള്ള രണ്ട് ഘടനകൾ ഉപയോഗിച്ച് അന്വേഷിച്ചു: 3PVA-(C10)2Na Alg (ലാളിത്യത്തിന് 3PVA-2Na Alg എന്ന് വിളിക്കുന്നു), ടേം 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. സാഹിത്യം അനുസരിച്ച്, PVA, NaAlg, ഗ്ലിസറോൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഹൈഡ്രോക്‌സിൽ ഫംഗ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പുകൾക്കിടയിൽ ദുർബലമായ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ മാത്രമേ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയൂ. PVA ട്രൈമറിലും NaAlg, ഗ്ലിസറോൾ ഡൈമറിലും നിരവധി OH ഗ്രൂപ്പുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, OH ഗ്രൂപ്പുകളിൽ ഒന്നിലൂടെ സമ്പർക്കം സാധ്യമാകും. ചിത്രം 1 മോഡൽ ഗ്ലിസറോൾ തന്മാത്രയും മോഡൽ തന്മാത്രയായ 3PVA-2Na Alg ഉം തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കാണിക്കുന്നു, ചിത്രം 2 മോഡൽ തന്മാത്രയായ ടേം 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ഉം ഗ്ലിസറോളിന്റെ വ്യത്യസ്ത സാന്ദ്രതകളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ നിർമ്മിത മാതൃക കാണിക്കുന്നു.
ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഘടനകൾ: (എ) ഗ്ലൈയും 3PVA − 2Na Alg ഉം (ബി) 1 ഗ്ലൈ, (സി) 2 ഗ്ലൈ, (ഡി) 3 ഗ്ലൈ, (ഇ) 4 ഗ്ലൈ, (എഫ്) 5 ഗ്ലൈ എന്നിവയുമായി സംവദിക്കുന്നു.
(എ) 1 ഗ്ലൈ, (ബി) 2 ഗ്ലൈ, (സി) 3 ഗ്ലൈ, (ഡി) 4 ഗ്ലൈ, (ഇ) 5 ഗ്ലൈ, (എഫ്) 6 ഗ്ലൈ എന്നിവയുമായി സംവദിക്കുന്ന ടേം 1Na Alg- 3PVA – മിഡ് 1Na Alg യുടെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഘടനകൾ.
ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കളുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനക്ഷമത പഠിക്കുമ്പോൾ പരിഗണിക്കേണ്ട ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററാണ് ഇലക്ട്രോൺ ബാൻഡ് വിടവ് ഊർജ്ജം. കാരണം, മെറ്റീരിയൽ ബാഹ്യ മാറ്റങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്വഭാവത്തെ ഇത് വിവരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, പഠിച്ച എല്ലാ ഘടനകൾക്കും HOMO/LUMO യുടെ ഇലക്ട്രോൺ ബാൻഡ് വിടവ് ഊർജ്ജങ്ങൾ കണക്കാക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ഗ്ലിസറോൾ ചേർത്തതുമൂലം 3PVA-(C10)2Na Alg, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg എന്നിവയുടെ HOMO/LUMO ഊർജ്ജങ്ങളിലെ മാറ്റങ്ങൾ പട്ടിക 2 കാണിക്കുന്നു. ref47 അനുസരിച്ച്, 3PVA-(C10)2Na Alg ന്റെ Eg മൂല്യം 0.2908 eV ആണ്, അതേസമയം രണ്ടാമത്തെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ സാധ്യതയെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്ന ഘടനയുടെ Eg മൂല്യം (അതായത്, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0.5706 eV ആണ്.
എന്നിരുന്നാലും, ഗ്ലിസറോൾ ചേർത്തത് 3PVA-(C10)2Na Alg ന്റെ Eg മൂല്യത്തിൽ നേരിയ മാറ്റത്തിന് കാരണമായതായി കണ്ടെത്തി. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4, 5 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ചപ്പോൾ, അതിന്റെ Eg മൂല്യങ്ങൾ യഥാക്രമം 0.302, 0.299, 0.308, 0.289, 0.281 eV ആയി മാറി. എന്നിരുന്നാലും, 3 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകൾ ചേർത്തതിനുശേഷം, Eg മൂല്യം 3PVA-(C10)2Na Alg ന്റെതിനേക്കാൾ ചെറുതായി എന്ന വിലപ്പെട്ട ഉൾക്കാഴ്ചയുണ്ട്. അഞ്ച് ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുള്ള 3PVA-(C10)2Na Alg ന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന മോഡലാണ് ഏറ്റവും സാധ്യതയുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന മാതൃക. ഇതിനർത്ഥം ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ സാധ്യതയും വർദ്ധിക്കുന്നു എന്നാണ്.
അതേസമയം, പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ രണ്ടാമത്തെ സാധ്യതയ്ക്കായി, ടേം 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, ടേം 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, ടേം 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, ടേം 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, ടേം 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly, ടേം 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly എന്നിവയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന മോഡൽ തന്മാത്രകളുടെ HOMO/LUMO ഊർജ്ജങ്ങൾ യഥാക്രമം 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348, 0.496 eV എന്നിങ്ങനെ മാറുന്നു. എല്ലാ ഘടനകൾക്കുമുള്ള കണക്കാക്കിയ HOMO/LUMO ബാൻഡ് വിടവ് ഊർജ്ജങ്ങൾ പട്ടിക 2 കാണിക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, ആദ്യ ഗ്രൂപ്പിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തന സാധ്യതകളുടെ അതേ സ്വഭാവം ഇവിടെയും ആവർത്തിക്കുന്നു.
സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ബാൻഡ് സിദ്ധാന്തം പറയുന്നത്, ഒരു ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുവിന്റെ ബാൻഡ് വിടവ് കുറയുമ്പോൾ, വസ്തുവിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത വർദ്ധിക്കുന്നു എന്നാണ്. സോഡിയം-അയൺ കാഥോഡ് വസ്തുക്കളുടെ ബാൻഡ് വിടവ് കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു സാധാരണ രീതിയാണ് ഡോപ്പിംഗ്. β-NaMnO2 ലെയേർഡ് വസ്തുക്കളുടെ ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ജിയാങ് തുടങ്ങിയവർ Cu ഡോപ്പിംഗ് ഉപയോഗിച്ചു. DFT കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, ഡോപ്പിംഗ് വസ്തുവിന്റെ ബാൻഡ് വിടവ് 0.7 eV ൽ നിന്ന് 0.3 eV ആയി കുറച്ചതായി അവർ കണ്ടെത്തി. ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് Cu ഡോപ്പിംഗ് β-NaMnO2 വസ്തുക്കളുടെ ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു എന്നാണ്.
തന്മാത്രാ ചാർജ് വിതരണത്തിനും ഒരൊറ്റ പോസിറ്റീവ് ചാർജിനും ഇടയിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന ഊർജ്ജമാണ് MESP എന്ന് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. രാസ ഗുണങ്ങളും പ്രതിപ്രവർത്തനവും മനസ്സിലാക്കുന്നതിനും വ്യാഖ്യാനിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു ഫലപ്രദമായ ഉപകരണമായി MESP കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. പോളിമെറിക് വസ്തുക്കൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ സംവിധാനങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കാൻ MESP ഉപയോഗിക്കാം. പഠനത്തിലിരിക്കുന്ന സംയുക്തത്തിനുള്ളിലെ ചാർജ് വിതരണത്തെ MESP വിവരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, പഠനത്തിന് കീഴിലുള്ള വസ്തുക്കളിലെ സജീവ സൈറ്റുകളെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ MESP നൽകുന്നു32. ചിത്രം 3, B3LYP/6-311G(d, p) സിദ്ധാന്ത തലത്തിൽ പ്രവചിക്കപ്പെട്ട 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly എന്നിവയുടെ MESP പ്ലോട്ടുകൾ കാണിക്കുന്നു.
(എ) ഗ്ലൈ, 3പിവിഎ − 2Na ആൽഗ് എന്നിവ (ബി) 1 ഗ്ലൈ, (സി) 2 ഗ്ലൈ, (ഡി) 3 ഗ്ലൈ, (ഇ) 4 ഗ്ലൈ, (എഫ്) 5 ഗ്ലൈ എന്നിവയുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നതിനായി B3LYP/6-311 g(d, p) ഉപയോഗിച്ച് MESP കോണ്ടൂർ കണക്കാക്കുന്നു.
അതേസമയം, ചിത്രം 4, ടേം 1Na Alg- 3PVA - മിഡ് 1Na Alg, ടേം 1Na Alg-3PVA - മിഡ് 1Na Alg- 1Gly, ടേം 1Na Alg-3PVA - മിഡ് 1Na Alg − 2Gly, ടേം 1Na Alg-3PVA - മിഡ് 1Na Alg − 3gly, ടേം 1Na Alg-3PVA - മിഡ് 1Na Alg − 4Gly, ടേം 1Na Alg- 3PVA - മിഡ് 1Na Alg- 5gly, ടേം 1Na Alg- 3PVA - മിഡ് 1Na Alg − 6Gly എന്നിവയ്ക്കുള്ള MESP യുടെ കണക്കാക്കിയ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. കണക്കാക്കിയ MESP ഒരു കോണ്ടൂർ സ്വഭാവമായി പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. കോണ്ടൂർ ലൈനുകളെ വ്യത്യസ്ത നിറങ്ങളാൽ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഓരോ നിറവും വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റി മൂല്യത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ചുവന്ന നിറം ഉയർന്ന ഇലക്ട്രോനെഗറ്റീവ് അല്ലെങ്കിൽ റിയാക്ടീവ് സൈറ്റുകളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. അതേസമയം, മഞ്ഞ നിറം ഘടനയിലെ നിഷ്പക്ഷ സൈറ്റുകൾ 49, 50, 51 എന്നിവയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. പഠിച്ച മോഡലുകൾക്ക് ചുറ്റും ചുവപ്പ് നിറം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് 3PVA-(C10)2Na Alg ന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനം വർദ്ധിച്ചതായി MESP ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു. അതേസമയം, വ്യത്യസ്ത ഗ്ലിസറോൾ ഉള്ളടക്കവുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം ടേം 1Na Alg-3PVA - മിഡ് 1Na Alg മോഡൽ തന്മാത്രയുടെ MESP മാപ്പിലെ ചുവപ്പ് നിറ തീവ്രത കുറയുന്നു. നിർദ്ദിഷ്ട ഘടനയ്ക്ക് ചുറ്റുമുള്ള ചുവന്ന നിറ വിതരണത്തിലെ മാറ്റം പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു, അതേസമയം തീവ്രതയിലെ വർദ്ധനവ് ഗ്ലിസറോൾ ഉള്ളടക്കത്തിന്റെ വർദ്ധനവ് കാരണം 3PVA-(C10)2Na Alg മോഡൽ തന്മാത്രയുടെ ഇലക്ട്രോനെഗറ്റിവിറ്റിയിലെ വർദ്ധനവിനെ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.
(എ) 1 ഗ്ലൈ, (ബി) 2 ഗ്ലൈ, (സി) 3 ഗ്ലൈ, (ഡി) 4 ഗ്ലൈ, (ഇ) 5 ഗ്ലൈ, (എഫ്) 6 ഗ്ലൈ എന്നിവയുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ന്റെ B3LYP/6-311 g(d, p) കണക്കാക്കിയ MESP ടേം.
എല്ലാ നിർദ്ദിഷ്ട ഘടനകൾക്കും 200 K മുതൽ 500 K വരെയുള്ള വ്യത്യസ്ത താപനിലകളിൽ കണക്കാക്കിയ എൻതാൽപ്പി, എൻട്രോപ്പി, താപ ശേഷി, സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജം, രൂപീകരണ താപം തുടങ്ങിയ താപ പാരാമീറ്ററുകൾ ഉണ്ട്. ഭൗതിക സംവിധാനങ്ങളുടെ സ്വഭാവം വിവരിക്കുന്നതിന്, അവയുടെ ഇലക്ട്രോണിക് സ്വഭാവം പഠിക്കുന്നതിനൊപ്പം, പരസ്പരം പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നതുമൂലമുള്ള താപനിലയുടെ പ്രവർത്തനമായി അവയുടെ താപ സ്വഭാവവും പഠിക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഇത് പട്ടിക 1 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്ന സമവാക്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം. വ്യത്യസ്ത താപനിലകളിൽ അത്തരം ഭൗതിക സംവിധാനങ്ങളുടെ പ്രതികരണശേഷിയുടെയും സ്ഥിരതയുടെയും ഒരു പ്രധാന സൂചകമായി ഈ താപ പാരാമീറ്ററുകളുടെ പഠനം കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.
PVA ട്രൈമറിന്റെ എൻതാൽപ്പിയെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, അത് ആദ്യം NaAlg ഡൈമറുമായും, പിന്നീട് കാർബൺ ആറ്റം #10-ൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന OH ഗ്രൂപ്പ് വഴിയും, ഒടുവിൽ ഗ്ലിസറോളുമായും പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഒരു തെർമോഡൈനാമിക് സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജത്തിന്റെ അളവാണ് എൻതാൽപ്പി. ഒരു സിസ്റ്റത്തിലെ മൊത്തം താപത്തിന് എൻതാൽപ്പി തുല്യമാണ്, ഇത് സിസ്റ്റത്തിന്റെ ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിനും അതിന്റെ വ്യാപ്തത്തിന്റെയും മർദ്ദത്തിന്റെയും ഉൽപ്പന്നത്തിനും തുല്യമാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു പദാർത്ഥത്തിൽ നിന്ന് എത്ര താപവും ജോലിയും ചേർക്കപ്പെടുന്നു അല്ലെങ്കിൽ നീക്കംചെയ്യുന്നു എന്ന് എൻതാൽപ്പി കാണിക്കുന്നു52.
വ്യത്യസ്ത ഗ്ലിസറോൾ സാന്ദ്രതകളുള്ള 3PVA-(C10)2Na Alg ന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിനിടയിലെ എൻതാൽപ്പി മാറ്റങ്ങൾ ചിത്രം 5 കാണിക്കുന്നു. A0, A1, A2, A3, A4, A5 എന്നീ ചുരുക്കെഴുത്തുകൾ യഥാക്രമം 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, 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly എന്നീ മാതൃകാ തന്മാത്രകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. താപനിലയും ഗ്ലിസറോൾ ഉള്ളടക്കവും വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് എൻതാൽപ്പി വർദ്ധിക്കുന്നതായി ചിത്രം 5a കാണിക്കുന്നു. 200 K യിൽ 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (അതായത്, A5) പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനയുടെ എൻതാൽപ്പി 27.966 cal/mol ആണ്, അതേസമയം 200 K യിൽ 3PVA- 2NaAlg പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനയുടെ എൻതാൽപ്പി 13.490 cal/mol ആണ്. അവസാനമായി, എൻതാൽപ്പി പോസിറ്റീവ് ആയതിനാൽ, ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനം എൻഡോതെർമിക് ആണ്.
ഒരു അടഞ്ഞ തെർമോഡൈനാമിക് സിസ്റ്റത്തിലെ ലഭ്യമല്ലാത്ത ഊർജ്ജത്തിന്റെ അളവുകോലായി എൻട്രോപ്പി നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് പലപ്പോഴും സിസ്റ്റത്തിന്റെ ക്രമക്കേടിന്റെ അളവുകോലായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. ചിത്രം 5b താപനിലയുമായുള്ള 3PVA-(C10)2NaAlg ന്റെ എൻട്രോപ്പിയിലെ മാറ്റവും വ്യത്യസ്ത ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായി അത് എങ്ങനെ ഇടപഴകുന്നു എന്നതും കാണിക്കുന്നു. താപനില 200 K ൽ നിന്ന് 500 K ലേക്ക് വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് എൻട്രോപ്പി രേഖീയമായി മാറുന്നുവെന്ന് ഗ്രാഫ് കാണിക്കുന്നു. 3PVA-(C10)2Na Alg മോഡലിന്റെ എൻട്രോപ്പി 200 K ൽ 200 cal/K/mol ആയി മാറുന്നുവെന്ന് ചിത്രം 5b വ്യക്തമായി കാണിക്കുന്നു, കാരണം 3PVA-(C10)2Na Alg മോഡൽ കുറഞ്ഞ ലാറ്റിസ് ഡിസോർഡർ കാണിക്കുന്നു. താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, 3PVA-(C10)2Na Alg മോഡൽ ക്രമരഹിതമാവുകയും താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് എൻട്രോപ്പിയിലെ വർദ്ധനവ് വിശദീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മാത്രമല്ല, 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly യുടെ ഘടനയ്ക്കാണ് ഏറ്റവും ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി മൂല്യം ഉള്ളതെന്ന് വ്യക്തമാണ്.
താപനിലയനുസരിച്ച് താപ ശേഷിയിലെ മാറ്റം കാണിക്കുന്ന ചിത്രം 5c യിലും ഇതേ സ്വഭാവം കാണാം. ഒരു നിശ്ചിത അളവിലുള്ള പദാർത്ഥത്തിന്റെ താപനില 1 °C47 കൊണ്ട് മാറ്റാൻ ആവശ്യമായ താപത്തിന്റെ അളവാണ് താപ ശേഷി. 1, 2, 3, 4, 5 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ കാരണം മോഡൽ തന്മാത്രയായ 3PVA-(C10)2NaAlg യുടെ താപ ശേഷിയിലെ മാറ്റങ്ങൾ ചിത്രം 5c കാണിക്കുന്നു. 3PVA-(C10)2NaAlg ന്റെ താപ ശേഷി താപനിലയനുസരിച്ച് രേഖീയമായി വർദ്ധിക്കുന്നുവെന്ന് ചിത്രം കാണിക്കുന്നു. താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് താപ ശേഷിയിലെ വർദ്ധനവ് ഫോണോൺ താപ വൈബ്രേഷനുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഗ്ലിസറോളിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നത് മോഡലായ 3PVA-(C10)2NaAlg യുടെ താപ ശേഷി വർദ്ധിക്കുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു എന്നതിന് തെളിവുകളുണ്ട്. കൂടാതെ, മറ്റ് ഘടനകളെ അപേക്ഷിച്ച് 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ന് ഏറ്റവും ഉയർന്ന താപ ശേഷി മൂല്യമുണ്ടെന്ന് ഘടന കാണിക്കുന്നു.
പഠിച്ച ഘടനകൾക്കായി സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജം, അന്തിമ രൂപീകരണ താപം തുടങ്ങിയ മറ്റ് പാരാമീറ്ററുകൾ കണക്കാക്കി, അവ യഥാക്രമം ചിത്രം 5d, e എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്ഥിരമായ സമ്മർദ്ദത്തിൽ ഒരു ശുദ്ധമായ പദാർത്ഥത്തിന്റെ രൂപീകരണ സമയത്ത് പുറത്തുവിടുന്നതോ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതോ ആയ താപമാണ് രൂപീകരണത്തിന്റെ അന്തിമ താപം. ഊർജ്ജത്തിന് സമാനമായ ഒരു ഗുണമായി സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജത്തെ നിർവചിക്കാം, അതായത്, അതിന്റെ മൂല്യം ഓരോ തെർമോഡൈനാമിക് അവസ്ഥയിലെയും പദാർത്ഥത്തിന്റെ അളവിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly രൂപീകരണത്തിന്റെ സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജവും താപവും ഏറ്റവും താഴ്ന്നതും യഥാക്രമം -1318.338 ഉം -1628.154 kcal/mol ഉം ആയിരുന്നു. ഇതിനു വിപരീതമായി, 3PVA-(C10)2NaAlg പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനയ്ക്ക് മറ്റ് ഘടനകളെ അപേക്ഷിച്ച് യഥാക്രമം -690.340 ഉം -830.673 kcal/mol ഉം ഉയർന്ന സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജവും താപ രൂപീകരണ മൂല്യങ്ങളുമുണ്ട്. ചിത്രം 5 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഗ്ലിസറോളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം വിവിധ താപ ഗുണങ്ങൾ മാറുന്നു. ഗിബ്സ് ഫ്രീ എനർജി നെഗറ്റീവ് ആണ്, ഇത് നിർദ്ദിഷ്ട ഘടന സ്ഥിരതയുള്ളതാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
PM6, ശുദ്ധമായ 3PVA- (C10) 2Na Alg (മോഡൽ A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (മോഡൽ A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (മോഡൽ A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (മോഡൽ A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (മോഡൽ A4), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (മോഡൽ A5) എന്നിവയുടെ താപ പാരാമീറ്ററുകൾ കണക്കാക്കി, ഇവിടെ (a) എൻതാൽപ്പി, (b) എൻട്രോപ്പി, (c) താപ ശേഷി, (d) സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജം, (e) രൂപീകരണ താപം എന്നിവയാണ്.
മറുവശത്ത്, PVA ട്രൈമറും ഡൈമെറിക് NaAlg ഉം തമ്മിലുള്ള രണ്ടാമത്തെ പ്രതിപ്രവർത്തന മോഡ് PVA ട്രൈമർ ഘടനയിലെ ടെർമിനൽ, മിഡിൽ OH ഗ്രൂപ്പുകളിലാണ് സംഭവിക്കുന്നത്. ആദ്യ ഗ്രൂപ്പിലെന്നപോലെ, താപ പാരാമീറ്ററുകൾ ഒരേ തലത്തിലുള്ള സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ചാണ് കണക്കാക്കിയത്. ചിത്രം 6a-e എൻതാൽപ്പി, എൻട്രോപ്പി, താപ ശേഷി, സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജം, ഒടുവിൽ രൂപീകരണ താപം എന്നിവയുടെ വ്യതിയാനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. 1, 2, 3, 4, 5, 6 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായി ഇടപഴകുമ്പോൾ ടേം 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg ന്റെ എൻതാൽപ്പി, എൻട്രോപ്പി, താപ ശേഷി എന്നിവ ആദ്യ ഗ്രൂപ്പിന്റെ അതേ സ്വഭാവം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് ചിത്രങ്ങൾ 6a-c കാണിക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് അവയുടെ മൂല്യങ്ങൾ ക്രമേണ വർദ്ധിക്കുന്നു. കൂടാതെ, നിർദ്ദിഷ്ട ടേം 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg മോഡലിൽ, ഗ്ലിസറോളിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് എൻതാൽപ്പി, എൻട്രോപ്പി, താപ ശേഷി മൂല്യങ്ങൾ വർദ്ധിച്ചു. B0, B1, B2, B3, B4, B5, B6 എന്നീ ചുരുക്കെഴുത്തുകൾ യഥാക്രമം ഇനിപ്പറയുന്ന ഘടനകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു: 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, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. ചിത്രം 6a-c-യിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുടെ എണ്ണം 1 മുതൽ 6 വരെ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് എൻതാൽപ്പി, എൻട്രോപ്പി, താപ ശേഷി എന്നിവയുടെ മൂല്യങ്ങൾ വർദ്ധിക്കുന്നത് വ്യക്തമാണ്.
PM6, ശുദ്ധമായ ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg (മോഡൽ B0), ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg – 1 Gly (മോഡൽ B1), ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg – 2 Gly (മോഡൽ B2), ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg – 3 Gly (മോഡൽ B3), ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg – 4 Gly (മോഡൽ B4), ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg – 5 Gly (മോഡൽ B5), ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg – 6 Gly (മോഡൽ B6) എന്നിവയുടെ താപ പാരാമീറ്ററുകൾ കണക്കാക്കി, അതിൽ (എ) എൻതാൽപ്പി, (ബി) എൻട്രോപ്പി, (സി) താപ ശേഷി, (ഡി) സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജം, (ഇ) രൂപീകരണ താപം എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.
കൂടാതെ, ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg- 6 Gly പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനയ്ക്ക് മറ്റ് ഘടനകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ എൻതാൽപ്പി, എൻട്രോപ്പി, താപ ശേഷി എന്നിവയുടെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന മൂല്യങ്ങളുണ്ട്. അവയിൽ, അവയുടെ മൂല്യങ്ങൾ ടേം 1 Na Alg − 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg- ൽ യഥാക്രമം 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K, 131.323 kcal/mol എന്നിവയിൽ നിന്ന് ടേം 1 Na Alg − 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg − 6 Gly ൽ യഥാക്രമം 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K, 275.923 kcal/mol ആയി വർദ്ധിച്ചു.
എന്നിരുന്നാലും, ചിത്രം 6d ഉം e ഉം സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജത്തിന്റെ താപനില ആശ്രിതത്വവും രൂപീകരണത്തിന്റെ അന്തിമ താപവും (HF) കാണിക്കുന്നു. ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ ഒരു മോൾ സ്വാഭാവികവും സ്റ്റാൻഡേർഡ് സാഹചര്യങ്ങളിലും അതിന്റെ മൂലകങ്ങളിൽ നിന്ന് രൂപപ്പെടുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന എൻതാൽപ്പി മാറ്റമായി HF നെ നിർവചിക്കാം. പഠിച്ച എല്ലാ ഘടനകളുടെയും സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജവും രൂപീകരണത്തിന്റെ അന്തിമ താപവും താപനിലയെ രേഖീയമായി ആശ്രയിക്കുന്നതായി ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് വ്യക്തമാണ്, അതായത്, താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് അവ ക്രമേണയും രേഖീയമായും വർദ്ധിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ടേം 1 Na Alg − 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg − 6 Gly പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനയ്ക്ക് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ സ്വതന്ത്ര ഊർജ്ജവും ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ HF ഉം ഉണ്ടെന്ന് ചിത്രം സ്ഥിരീകരിച്ചു. 1 Na Alg − 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg − 6 Gly എന്ന പദത്തിൽ രണ്ട് പാരാമീറ്ററുകളും -758.337 ൽ നിന്ന് -899.741 K cal/mol ആയി കുറഞ്ഞു -1,476.591 ഉം -1,828.523 K cal/mol ഉം ആയി കുറഞ്ഞു. ഗ്ലിസറോള്‍ യൂണിറ്റുകളുടെ വര്‍ദ്ധനവിനനുസരിച്ച് HF കുറയുന്നുവെന്ന് ഫലങ്ങളില്‍ നിന്ന് വ്യക്തമാണ്. ഇതിനര്‍ത്ഥം ഫങ്ഷണല്‍ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ വര്‍ദ്ധനവിനാല്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനവും വര്‍ദ്ധിക്കുന്നുവെന്നും അതിനാല്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനം നടത്താന്‍ കുറഞ്ഞ ഊര്‍ജ്ജം മാത്രമേ ആവശ്യമുള്ളൂ എന്നുമാണ്. ഉയര്‍ന്ന പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനശേഷി കാരണം പ്ലാസ്റ്റിക് ചെയ്ത PVA/NaAlg ബാറ്ററികളില്‍ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് ഇത് സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.
പൊതുവേ, താപനില ഇഫക്റ്റുകൾ രണ്ട് തരങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: താഴ്ന്ന താപനില ഇഫക്റ്റുകൾ, ഉയർന്ന താപനില ഇഫക്റ്റുകൾ. ഗ്രീൻലാൻഡ്, കാനഡ, റഷ്യ തുടങ്ങിയ ഉയർന്ന അക്ഷാംശങ്ങളിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന രാജ്യങ്ങളിലാണ് താഴ്ന്ന താപനിലയുടെ ഫലങ്ങൾ പ്രധാനമായും അനുഭവപ്പെടുന്നത്. ശൈത്യകാലത്ത്, ഈ സ്ഥലങ്ങളിലെ പുറത്തെ വായുവിന്റെ താപനില പൂജ്യം ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനു താഴെയായിരിക്കും. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ആയുസ്സും പ്രകടനവും താഴ്ന്ന താപനിലയെ ബാധിച്ചേക്കാം, പ്രത്യേകിച്ച് പ്ലഗ്-ഇൻ ഹൈബ്രിഡ് ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, ശുദ്ധമായ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ, ഹൈബ്രിഡ് ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ എന്നിവയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നവ. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ആവശ്യമുള്ള മറ്റൊരു തണുത്ത അന്തരീക്ഷമാണ് ബഹിരാകാശ യാത്ര. ഉദാഹരണത്തിന്, ചൊവ്വയിലെ താപനില -120 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് താഴാം, ഇത് ബഹിരാകാശ പേടകങ്ങളിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് കാര്യമായ തടസ്സം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന താപനില ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ചാർജ് ട്രാൻസ്ഫർ നിരക്കിലും രാസപ്രവർത്തന പ്രവർത്തനത്തിലും കുറവുണ്ടാക്കും, ഇത് ഇലക്ട്രോഡിനുള്ളിലെ ലിഥിയം അയോണുകളുടെ വ്യാപന നിരക്കിലും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ അയോണിക് ചാലകതയിലും കുറവുണ്ടാക്കും. ഈ അപചയം ഊർജ്ജ ശേഷിയും ശക്തിയും കുറയുന്നതിനും ചിലപ്പോൾ പ്രകടനം കുറയുന്നതിനും കാരണമാകുന്നു53.
ഉയർന്ന താപനില പ്രഭാവം ഉയർന്നതും താഴ്ന്നതുമായ താപനില പരിതസ്ഥിതികൾ ഉൾപ്പെടെ വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ പരിതസ്ഥിതികളിലാണ് സംഭവിക്കുന്നത്, അതേസമയം താഴ്ന്ന താപനില പ്രഭാവം പ്രധാനമായും താഴ്ന്ന താപനില ആപ്ലിക്കേഷൻ പരിതസ്ഥിതികളിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. കുറഞ്ഞ താപനില പ്രഭാവം പ്രാഥമികമായി നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ആംബിയന്റ് താപനിലയാണ്, അതേസമയം ഉയർന്ന താപനില പ്രഭാവം സാധാരണയായി പ്രവർത്തന സമയത്ത് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിക്കുള്ളിലെ ഉയർന്ന താപനിലയുമായി കൂടുതൽ കൃത്യമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.
ഉയർന്ന കറന്റ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ (ഫാസ്റ്റ് ചാർജിംഗും ഫാസ്റ്റ് ഡിസ്ചാർജിംഗും ഉൾപ്പെടെ) ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ താപം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് ആന്തരിക താപനില ഉയരാൻ കാരണമാകുന്നു. ഉയർന്ന താപനിലയിലേക്കുള്ള എക്സ്പോഷർ ബാറ്ററിയുടെ പ്രകടനത്തിലെ അപചയത്തിനും കാരണമാകും, അതിൽ ശേഷിയും പവറും നഷ്ടപ്പെടും. സാധാരണയായി, ലിഥിയം നഷ്ടപ്പെടുന്നതും ഉയർന്ന താപനിലയിൽ സജീവ വസ്തുക്കൾ വീണ്ടെടുക്കുന്നതും ശേഷി നഷ്ടപ്പെടുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, കൂടാതെ ആന്തരിക പ്രതിരോധത്തിലെ വർദ്ധനവ് മൂലമാണ് പവർ നഷ്ടം സംഭവിക്കുന്നത്. താപനില നിയന്ത്രണാതീതമാകുകയാണെങ്കിൽ, താപ റൺവേ സംഭവിക്കുന്നു, ഇത് ചില സന്ദർഭങ്ങളിൽ സ്വയമേവയുള്ള ജ്വലനത്തിലേക്കോ സ്ഫോടനത്തിലേക്കോ നയിച്ചേക്കാം.
ജൈവിക പ്രവർത്തനവും സംയുക്തങ്ങളുടെ ഘടനാപരമായ ഗുണങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം തിരിച്ചറിയാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ അല്ലെങ്കിൽ ഗണിത മോഡലിംഗ് രീതിയാണ് QSAR കണക്കുകൂട്ടലുകൾ. രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത എല്ലാ തന്മാത്രകളും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുകയും ചില QSAR ഗുണങ്ങളും PM6 ലെവലിൽ കണക്കാക്കുകയും ചെയ്തു. കണക്കാക്കിയ ചില QSAR ഡിസ്ക്രിപ്റ്ററുകൾ പട്ടിക 3 പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു. അത്തരം ഡിസ്ക്രിപ്റ്ററുകളുടെ ഉദാഹരണങ്ങൾ ചാർജ്, TDM, മൊത്തം ഊർജ്ജം (E), അയോണൈസേഷൻ പൊട്ടൻഷ്യൽ (IP), ലോഗ് P, പോളറൈസബിലിറ്റി എന്നിവയാണ് (IP, Log P എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുള്ള ഫോർമുലകൾക്കായി പട്ടിക 1 കാണുക).
പഠനവിധേയമായ എല്ലാ ഘടനകളുടെയും ആകെ ചാർജ് പൂജ്യമാണെന്ന് കണക്കുകൂട്ടൽ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, കാരണം അവ ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിലാണ്. ആദ്യ പ്രതിപ്രവർത്തന സാധ്യതയ്ക്ക്, 3PVA-(C10) 2Na Alg ന് ഗ്ലിസറോളിന്റെ TDM 2.788 Debye ഉം 6.840 Debye ഉം ആയിരുന്നു, അതേസമയം 3PVA-(C10) 2Na Alg യഥാക്രമം 1, 2, 3, 4, 5 യൂണിറ്റ് ഗ്ലിസറോളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ചപ്പോൾ TDM മൂല്യങ്ങൾ 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye, 12.779 Debye ആയി വർദ്ധിച്ചു. TDM മൂല്യം കൂടുന്തോറും പരിസ്ഥിതിയുമായുള്ള അതിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനം വർദ്ധിക്കും.
മൊത്തം ഊർജ്ജം (E) കണക്കാക്കുകയും ഗ്ലിസറോളിന്റെയും 3PVA-(C10)2 NaAlg യുടെയും E മൂല്യങ്ങൾ യഥാക്രമം -141.833 eV ഉം -200092.503 eV ഉം ആണെന്ന് കണ്ടെത്തുകയും ചെയ്തു. അതേസമയം, 3PVA-(C10)2 NaAlg പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനകൾ 1, 2, 3, 4, 5 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായി സംവദിക്കുന്നു; E യഥാക്രമം -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075, -1548.031 eV എന്നിവയായി മാറുന്നു. ഗ്ലിസറോളിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നത് മൊത്തം ഊർജ്ജത്തിൽ കുറവുണ്ടാക്കുകയും അതുവഴി പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ വർദ്ധനവുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മൊത്തം ഊർജ്ജ കണക്കുകൂട്ടലിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, 3PVA-2Na Alg-5 Gly ആയ മോഡൽ തന്മാത്ര മറ്റ് മോഡൽ തന്മാത്രകളേക്കാൾ കൂടുതൽ പ്രതിപ്രവർത്തനക്ഷമമാണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്തു. ഈ പ്രതിഭാസം അവയുടെ ഘടനയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. 3PVA-(C10)2NaAlg-ൽ രണ്ട് -COONa ഗ്രൂപ്പുകൾ മാത്രമേ അടങ്ങിയിട്ടുള്ളൂ, മറ്റ് ഘടനകളിൽ രണ്ട് -COONa ഗ്രൂപ്പുകൾ ഉണ്ടെങ്കിലും നിരവധി OH ഗ്രൂപ്പുകൾ വഹിക്കുന്നു, അതായത് പരിസ്ഥിതിയോടുള്ള അവയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനം വർദ്ധിക്കുന്നു.
കൂടാതെ, എല്ലാ ഘടനകളുടെയും അയോണൈസേഷൻ ഊർജ്ജങ്ങൾ (IE) ഈ പഠനത്തിൽ പരിഗണിക്കപ്പെടുന്നു. പഠിച്ച മോഡലിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനം അളക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററാണ് അയോണൈസേഷൻ ഊർജ്ജം. ഒരു തന്മാത്രയുടെ ഒരു ബിന്ദുവിൽ നിന്ന് അനന്തതയിലേക്ക് ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ നീക്കാൻ ആവശ്യമായ ഊർജ്ജത്തെ അയോണൈസേഷൻ ഊർജ്ജം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇത് തന്മാത്രയുടെ അയോണൈസേഷന്റെ (അതായത് പ്രതിപ്രവർത്തനം) അളവിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. അയോണൈസേഷൻ ഊർജ്ജം കൂടുന്തോറും പ്രതിപ്രവർത്തനം കുറയും. 1, 2, 3, 4, 5 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന 3PVA-(C10)2NaAlg ന്റെ IE ഫലങ്ങൾ യഥാക്രമം -9.256, -9.393, -9.393, -9.248, -9.323 eV എന്നിവയായിരുന്നു, അതേസമയം ഗ്ലിസറോളിന്റെയും 3PVA-(C10)2NaAlg യുടെയും IE-കൾ യഥാക്രമം -5.157 ഉം -9.341 eV ഉം ആയിരുന്നു. ഗ്ലിസറോള്‍ ചേര്‍ത്തത് IP മൂല്യത്തില്‍ കുറവുണ്ടാക്കിയതിനാല്‍, തന്മാത്രാ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനശേഷി വര്‍ദ്ധിച്ചു, ഇത് ഇലക്ട്രോകെമിക്കല്‍ ഉപകരണങ്ങളില്‍ PVA/NaAlg/ഗ്ലിസറോള്‍ മാതൃകാ തന്മാത്രയുടെ പ്രയോഗക്ഷമത വര്‍ദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
പട്ടിക 3 ലെ അഞ്ചാമത്തെ വിവരണം ലോഗ് പി ആണ്, ഇത് വിഭജന ഗുണകത്തിന്റെ ലോഗരിതം ആണ്, ഇത് പഠിക്കുന്ന ഘടന ഹൈഡ്രോഫിലിക് ആണോ ഹൈഡ്രോഫോബിക് ആണോ എന്ന് വിവരിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. നെഗറ്റീവ് ലോഗ് പി മൂല്യം ഒരു ഹൈഡ്രോഫിലിക് തന്മാത്രയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അതായത് അത് വെള്ളത്തിൽ എളുപ്പത്തിൽ ലയിക്കുകയും ജൈവ ലായകങ്ങളിൽ മോശമായി ലയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു പോസിറ്റീവ് മൂല്യം വിപരീത പ്രക്രിയയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
ലഭിച്ച ഫലങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, എല്ലാ ഘടനകളും ഹൈഡ്രോഫിലിക് ആണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം, കാരണം അവയുടെ ലോഗ് പി മൂല്യങ്ങൾ (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) യഥാക്രമം -3.537, -5.261, -6.342, -7.423, -8.504 എന്നിവയാണ്, അതേസമയം ഗ്ലിസറോളിന്റെ ലോഗ് പി മൂല്യം -1.081 ഉം 3PVA-(C10)2Na Alg -3.100 ഉം മാത്രമാണ്. അതായത്, ജല തന്മാത്രകൾ അതിന്റെ ഘടനയിൽ ഉൾപ്പെടുത്തുമ്പോൾ പഠിക്കുന്ന ഘടനയുടെ ഗുണങ്ങൾ മാറും.
അവസാനമായി, എല്ലാ ഘടനകളുടെയും ധ്രുവീകരണക്ഷമതകൾ PM6 തലത്തിൽ ഒരു സെമി-എംപറിക്കൽ രീതി ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കുന്നു. മിക്ക വസ്തുക്കളുടെയും ധ്രുവീകരണക്ഷമത വിവിധ ഘടകങ്ങളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നുവെന്ന് മുമ്പ് ശ്രദ്ധിച്ചിരുന്നു. ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ഘടകം പഠനത്തിൻ കീഴിലുള്ള ഘടനയുടെ വ്യാപ്തമാണ്. 3PVA യും 2NaAlg യും തമ്മിലുള്ള ആദ്യ തരം പ്രതിപ്രവർത്തനം ഉൾപ്പെടുന്ന എല്ലാ ഘടനകൾക്കും (കാർബൺ ആറ്റം നമ്പർ 10 വഴിയാണ് പ്രതിപ്രവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നത്), ഗ്ലിസറോൾ ചേർക്കുന്നതിലൂടെ ധ്രുവീകരണക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. 1, 2, 3, 4, 5 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ കാരണം ധ്രുവീകരണക്ഷമത 29.690 Å ൽ നിന്ന് 35.076, 40.665, 45.177, 50.239, 54.638 Å ആയി വർദ്ധിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, ഏറ്റവും ഉയർന്ന ധ്രുവീകരണക്ഷമതയുള്ള മാതൃകാ തന്മാത്ര 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ആണെന്നും, ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ധ്രുവീകരണക്ഷമതയുള്ള മാതൃകാ തന്മാത്ര 3PVA-(C10)2NaAlg ആണെന്നും കണ്ടെത്തി, അതായത് 29.690 Å.
QSAR ഡിസ്ക്രിപ്റ്ററുകളുടെ വിലയിരുത്തലിൽ, 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനയാണ് ആദ്യത്തെ നിർദ്ദേശിത പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ഏറ്റവും പ്രതിപ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ളതെന്ന് കണ്ടെത്തി.
PVA ട്രൈമറിനും NaAlg ഡൈമറിനും ഇടയിലുള്ള രണ്ടാമത്തെ ഇന്ററാക്ഷൻ മോഡിനായി, അവയുടെ ചാർജുകൾ ആദ്യ ഇന്ററാക്ഷനായി മുമ്പത്തെ വിഭാഗത്തിൽ നിർദ്ദേശിച്ചതിന് സമാനമാണെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. എല്ലാ ഘടനകൾക്കും പൂജ്യം ഇലക്ട്രോണിക് ചാർജ് ഉണ്ട്, അതായത് അവയെല്ലാം ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിലാണ്.
പട്ടിക 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ടേം 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5, 6 യൂണിറ്റ് ഗ്ലിസറോളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ചപ്പോൾ, ടേം 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ന്റെ TDM മൂല്യങ്ങൾ (PM6 ലെവലിൽ കണക്കാക്കിയത്) 11.581 Debye-ൽ നിന്ന് 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, 15.756 ആയി വർദ്ധിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, ഗ്ലിസറോള്‍ യൂണിറ്റുകളുടെ എണ്ണം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് മൊത്തം ഊർജ്ജം കുറയുന്നു, കൂടാതെ ടേം 1 Na Alg − 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg ഒരു നിശ്ചിത എണ്ണം ഗ്ലിസറോള്‍ യൂണിറ്റുകളുമായി (1 മുതൽ 6 വരെ) പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, മൊത്തം ഊർജ്ജം യഥാക്രമം − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, − 1637.432 eV എന്നിവയാണ്.
രണ്ടാമത്തെ പ്രതിപ്രവർത്തന സാധ്യതയ്ക്കായി, IP, Log P, ധ്രുവീകരണക്ഷമത എന്നിവയും PM6 സിദ്ധാന്ത തലത്തിൽ കണക്കാക്കുന്നു. അതിനാൽ, തന്മാത്രാ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഏറ്റവും ശക്തമായ മൂന്ന് വിവരണങ്ങളെ അവർ പരിഗണിച്ചു. 1, 2, 3, 4, 5, 6 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഘടനകൾക്ക്, IP −9.385 eV ൽ നിന്ന് −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997, −8.900 eV ആയി വർദ്ധിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ഗ്ലിസറോളിനൊപ്പം പ്ലാസ്റ്റിസൈസ് ചെയ്തതിനാൽ കണക്കാക്കിയ Log P മൂല്യം കുറവായിരുന്നു. ഗ്ലിസറോളിന്റെ അളവ് 1 മുതൽ 6 വരെ വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, അതിന്റെ മൂല്യങ്ങൾ -3.643 ന് പകരം -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861, -10.53 എന്നിങ്ങനെ മാറുന്നു. ഒടുവിൽ, ഗ്ലിസറോളിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നത് ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg ന്റെ പോളറൈസബിലിറ്റി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമായതായി പോളറൈസബിലിറ്റി ഡാറ്റ കാണിച്ചു. 6 ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ശേഷം മോഡൽ തന്മാത്രയായ ടേം 1 Na Alg- 3PVA- മിഡ് 1 Na Alg യുടെ പോളറൈസബിലിറ്റി 31.703 Å ൽ നിന്ന് 63.198 Å ആയി വർദ്ധിച്ചു. രണ്ടാമത്തെ പ്രതിപ്രവർത്തന സാധ്യതയിൽ ഗ്ലിസറോൾ യൂണിറ്റുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് ആറ്റങ്ങളുടെ എണ്ണവും സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനയും ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, ഗ്ലിസറോളിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് പ്രകടനം ഇപ്പോഴും മെച്ചപ്പെടുന്നുവെന്ന് സ്ഥിരീകരിക്കുന്നതിനാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. അതിനാൽ, ലഭ്യമായ PVA/Na Alg/ഗ്ലിസറിൻ മോഡലിന് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളെ ഭാഗികമായി മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് പറയാം, പക്ഷേ കൂടുതൽ ഗവേഷണവും വികസനവും ആവശ്യമാണ്.
ഒരു ഉപരിതലത്തിന്റെ അഡ്‌സോർബേറ്റുമായി ബന്ധിപ്പിക്കാനുള്ള ശേഷി വിശദീകരിക്കുന്നതിനും സിസ്റ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള അതുല്യമായ ഇടപെടലുകൾ വിലയിരുത്തുന്നതിനും ഏതെങ്കിലും രണ്ട് ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ നിലനിൽക്കുന്ന ബോണ്ടിന്റെ തരം, ഇന്റർമോളിക്യുലാർ, ഇൻട്രാമോളിക്യുലാർ ഇടപെടലുകളുടെ സങ്കീർണ്ണത, ഉപരിതലത്തിന്റെയും അഡ്‌സോർബന്റിന്റെയും ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത വിതരണം എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള അറിവ് ആവശ്യമാണ്. QTAIM വിശകലനത്തിൽ ബോണ്ട് ശക്തി വിലയിരുത്തുന്നതിന് സംവദിക്കുന്ന ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ബോണ്ട് ക്രിട്ടിക്കൽ പോയിന്റിലെ (BCP) ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത നിർണായകമാണ്. ഇലക്ട്രോൺ ചാർജ് സാന്ദ്രത കൂടുന്തോറും സഹസംയോജന പ്രതിപ്രവർത്തനം കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളതും പൊതുവെ ഈ നിർണായക പോയിന്റുകളിൽ ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത കൂടുതലുമാണ്. മാത്രമല്ല, മൊത്തം ഇലക്ട്രോൺ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത (H(r)) ഉം ലാപ്ലേസ് ചാർജ് സാന്ദ്രതയും (∇2ρ(r)) രണ്ടും 0 ൽ കുറവാണെങ്കിൽ, ഇത് സഹസംയോജന (പൊതുവായ) ഇടപെടലുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. മറുവശത്ത്, ∇2ρ(r) ഉം H(r) ഉം 0.54 ൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, ദുർബലമായ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ, വാൻ ഡെർ വാൽസ് ശക്തികൾ, ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ഇടപെടലുകൾ തുടങ്ങിയ നോൺ-കോവാലന്റ് (ക്ലോസ്ഡ് ഷെൽ) ഇടപെടലുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തെ ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ചിത്രം 7 ലും 8 ലും കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, പഠിച്ച ഘടനകളിലെ സഹസംയോജകമല്ലാത്ത ഇടപെടലുകളുടെ സ്വഭാവം QTAIM വിശകലനം വെളിപ്പെടുത്തി. വിശകലനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, 3PVA − 2Na Alg, Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg എന്നിവയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന മോഡൽ തന്മാത്രകൾ വ്യത്യസ്ത ഗ്ലൈസിൻ യൂണിറ്റുകളുമായി ഇടപഴകുന്ന തന്മാത്രകളേക്കാൾ ഉയർന്ന സ്ഥിരത കാണിച്ചു. ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ഇടപെടലുകളും ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളും പോലുള്ള ആൽജിനേറ്റ് ഘടനയിൽ കൂടുതലായി കാണപ്പെടുന്ന നിരവധി സഹസംയോജകമല്ലാത്ത ഇടപെടലുകൾ സംയുക്തങ്ങളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ ആൽജിനേറ്റിനെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിനാലാണിത്. കൂടാതെ, 3PVA − 2Na Alg, Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg മോഡൽ തന്മാത്രകൾക്കും ഗ്ലൈസിനും ഇടയിലുള്ള സഹസംയോജകമല്ലാത്ത ഇടപെടലുകളുടെ പ്രാധാന്യം ഞങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നു, ഇത് സംയുക്തങ്ങളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് പരിസ്ഥിതി പരിഷ്കരിക്കുന്നതിൽ ഗ്ലൈസിൻ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, (f) 5Gly എന്നിവയുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്ന 3PVA − 2NaAlg എന്ന മോഡൽ തന്മാത്രയുടെ QTAIM വിശകലനം.