فطرت ڈاٹ کام پر جانے کا شکریہ۔ آپ جس براؤزر کا ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے محدود CSS سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ براؤزر کا تازہ ترین ورژن استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو آف کریں)۔ مزید برآں، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، اس سائٹ میں اسٹائل یا جاوا اسکرپٹ شامل نہیں ہوگا۔
وافر مقدار میں سوڈیم کے وسائل کی وجہ سے، سوڈیم آئن بیٹریاں (NIBs) الیکٹرو کیمیکل توانائی ذخیرہ کرنے کے لیے ایک امید افزا متبادل حل کی نمائندگی کرتی ہیں۔ فی الحال، NIB ٹیکنالوجی کی ترقی میں سب سے بڑی رکاوٹ الیکٹروڈ مواد کی کمی ہے جو طویل عرصے تک سوڈیم آئنوں کو الٹ کر ذخیرہ کر سکتا ہے۔ لہذا، اس مطالعہ کا مقصد نظریاتی طور پر پولی وینیل الکحل (PVA) اور سوڈیم alginate (NaAlg) مرکبات پر NIB الیکٹروڈ مواد کے طور پر گلیسرول کے اضافے کے اثر کی تحقیقات کرنا ہے۔ یہ مطالعہ PVA، سوڈیم الجنیٹ، اور گلیسرول مرکبات پر مبنی پولیمر الیکٹرولائٹس کے الیکٹرانک، تھرمل، اور مقداری ساخت-ایکٹیویٹی ریلیشن شپ (QSAR) وضاحت کنندگان پر مرکوز ہے۔ ان خصوصیات کی چھان بین نیم تجرباتی طریقوں اور کثافت فنکشنل تھیوری (DFT) کے ذریعے کی جاتی ہے۔ چونکہ ساختی تجزیہ نے PVA/alginate اور glycerol کے درمیان تعاملات کی تفصیلات کا انکشاف کیا، اس لیے بینڈ گیپ انرجی (مثال کے طور پر) کی چھان بین کی گئی۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ گلیسرول کے اضافے کے نتیجے میں مثال کی قدر میں 0.2814 eV کی کمی واقع ہوتی ہے۔ مالیکیولر الیکٹرو اسٹاٹک پوٹینشل سطح (MESP) پورے الیکٹرولائٹ سسٹم میں الیکٹران سے بھرپور اور الیکٹران غریب علاقوں اور مالیکیولر چارجز کی تقسیم کو ظاہر کرتا ہے۔ جن تھرمل پیرامیٹرز کا مطالعہ کیا گیا ان میں اینتھالپی (H)، اینٹروپی (ΔS)، حرارت کی صلاحیت (Cp)، گِبز فری انرجی (G) اور تشکیل کی حرارت شامل ہیں۔ اس کے علاوہ، کئی مقداری ڈھانچہ-ایکٹیویٹی ریلیشن شپ (QSAR) ڈسکرپٹرز جیسے ٹوٹل ڈوپول مومنٹ (TDM)، کل توانائی (E)، آئنائزیشن پوٹینشل (IP)، لاگ پی اور پولرائزیبلٹی کی تحقیق کی گئی۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ H، ΔS، Cp، G اور TDM بڑھتے ہوئے درجہ حرارت اور گلیسرول کے مواد کے ساتھ بڑھ گئے۔ دریں اثنا، تشکیل، آئی پی اور ای کی گرمی میں کمی آئی، جس نے رد عمل اور پولرائزیبلٹی کو بہتر بنایا۔ مزید برآں، گلیسرول کو شامل کرنے سے، سیل وولٹیج 2.488 V تک بڑھ گیا۔ DFT اور PM6 کیلکولیشن لاگت سے موثر PVA/Na Alg گلیسرول پر مبنی الیکٹرولائٹس سے پتہ چلتا ہے کہ وہ جزوی طور پر لیتھیم آئن بیٹریوں کو ان کی کثیر فعالیت کی وجہ سے بدل سکتے ہیں، لیکن مزید بہتری اور تحقیق کی ضرورت ہے۔
اگرچہ لیتھیم آئن بیٹریاں (LIBs) بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہیں، لیکن ان کے استعمال کو ان کی مختصر سائیکل زندگی، زیادہ قیمت، اور حفاظتی خدشات کی وجہ سے بہت سی حدود کا سامنا ہے۔ سوڈیم آئن بیٹریاں (SIBs) ان کی وسیع دستیابی، کم قیمت، اور سوڈیم عنصر کی غیر زہریلا ہونے کی وجہ سے LIBs کا ایک قابل عمل متبادل بن سکتی ہیں۔ سوڈیم آئن بیٹریاں (SIBs) الیکٹرو کیمیکل آلات کے لیے تیزی سے اہم توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام بن رہی ہیں۔ سوڈیم آئن بیٹریاں آئن کی نقل و حمل کو آسان بنانے اور برقی کرنٹ 2,3 پیدا کرنے کے لیے الیکٹرولائٹس پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہیں۔ مائع الیکٹرولائٹس بنیادی طور پر دھاتی نمکیات اور نامیاتی سالوینٹس پر مشتمل ہوتے ہیں۔ عملی ایپلی کیشنز میں مائع الیکٹرولائٹس کی حفاظت پر احتیاط سے غور کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، خاص طور پر جب بیٹری تھرمل یا برقی دباؤ کا شکار ہو4۔
سوڈیم آئن بیٹریاں (SIBs) مستقبل قریب میں لیتھیم آئن بیٹریوں کی جگہ لے لے گی جس کی وجہ ان کے سمندری ذخائر، غیر زہریلا، اور کم مواد کی قیمت ہے۔ نینو میٹریلز کی ترکیب نے ڈیٹا اسٹوریج، الیکٹرانک اور آپٹیکل آلات کی ترقی کو تیز کر دیا ہے۔ ادب کے ایک بڑے حصے نے سوڈیم آئن بیٹریوں میں مختلف نانو اسٹرکچرز (مثلاً دھاتی آکسائیڈز، گرافین، نانوٹوبس، اور فلرینز) کے اطلاق کا مظاہرہ کیا ہے۔ تحقیق نے انوڈ مواد کی ترقی پر توجہ مرکوز کی ہے، بشمول پولیمر، سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے ان کی استعداد اور ماحولیاتی دوستی کی وجہ سے۔ ریچارج ایبل پولیمر بیٹریوں کے میدان میں تحقیق کی دلچسپی بلاشبہ بڑھے گی۔ منفرد ڈھانچے اور خصوصیات کے ساتھ ناول پولیمر الیکٹروڈ مواد ماحول دوست توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجیز کے لیے راہ ہموار کرنے کا امکان ہے۔ اگرچہ سوڈیم آئن بیٹریوں میں استعمال کے لیے مختلف پولیمر الیکٹروڈ مواد کی کھوج کی گئی ہے، لیکن یہ فیلڈ اب بھی ترقی کے ابتدائی مراحل میں ہے۔ سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے، مختلف ساختی ترتیب کے ساتھ مزید پولیمر مواد کو تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔ پولیمر الیکٹروڈ مواد میں سوڈیم آئنوں کے ذخیرہ کرنے کے طریقہ کار کے بارے میں ہمارے موجودہ علم کی بنیاد پر، یہ قیاس کیا جا سکتا ہے کہ کاربونیل گروپس، فری ریڈیکلز، اور ہیٹرو ایٹمز سوڈیم آئنوں کے ساتھ تعامل کے لیے فعال مقامات کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔ لہذا، ان فعال مقامات کی اعلی کثافت کے ساتھ نئے پولیمر تیار کرنا بہت ضروری ہے۔ جیل پولیمر الیکٹرولائٹ (GPE) ایک متبادل ٹیکنالوجی ہے جو بیٹری کی بھروسے، آئن چالکتا، کوئی رساو، اعلی لچک، اور اچھی کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔
پولیمر میٹرکس میں PVA اور پولی تھیلین آکسائیڈ (PEO) 13 جیسے مواد شامل ہیں۔ جیل پارمی ایبل پولیمر (GPE) پولیمر میٹرکس میں مائع الیکٹرولائٹ کو متحرک کرتا ہے، جو کمرشل الگ کرنے والوں کے مقابلے میں رساو کے خطرے کو کم کرتا ہے۔ PVA ایک مصنوعی بایوڈیگریڈیبل پولیمر ہے۔ اس کی اجازت زیادہ ہے، یہ سستا اور غیر زہریلا ہے۔ مواد اس کی فلم بنانے کی خصوصیات، کیمیائی استحکام اور آسنجن کے لئے جانا جاتا ہے. اس میں فنکشنل (OH) گروپس اور ایک اعلی کراس لنکنگ ممکنہ کثافت 15,16,17 بھی ہے۔ پولیمر بلینڈنگ، پلاسٹائزر کا اضافہ، کمپوزٹ اضافہ اور ان سیٹو پولیمرائزیشن تکنیکوں کا استعمال PVA پر مبنی پولیمر الیکٹرولائٹس کی چالکتا کو بہتر بنانے کے لیے کیا گیا ہے تاکہ میٹرکس کرسٹلنیٹی کو کم کیا جا سکے اور چین کی لچک کو بڑھایا جا سکے 18,19,20۔
صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے پولیمرک مواد تیار کرنے کے لیے ملاوٹ ایک اہم طریقہ ہے۔ پولیمر مرکبات کو اکثر استعمال کیا جاتا ہے: (1) صنعتی ایپلی کیشنز میں قدرتی پولیمر کی پروسیسنگ خصوصیات کو بہتر بنانا؛ (2) بایوڈیگریڈیبل مواد کی کیمیائی، جسمانی اور مکینیکل خصوصیات کو بہتر بنانا؛ اور (3) فوڈ پیکیجنگ انڈسٹری میں نئے مواد کی تیزی سے بدلتی ہوئی مانگ کے مطابق۔ copolymerization کے برعکس، پولیمر ملاوٹ ایک کم لاگت کا عمل ہے جو مطلوبہ خصوصیات کو حاصل کرنے کے لیے پیچیدہ کیمیائی عمل کے بجائے سادہ جسمانی عمل کو استعمال کرتا ہے۔ ہومو پولیمر بنانے کے لیے، مختلف پولیمر ڈوپول-ڈپول فورسز، ہائیڈروجن بانڈز، یا چارج ٹرانسفر کمپلیکس 22,23 کے ذریعے تعامل کر سکتے ہیں۔ قدرتی اور مصنوعی پولیمر سے بنائے گئے مرکبات بہترین میکانکی خصوصیات کے ساتھ اچھی بایو کمپیٹیبلٹی کو یکجا کر سکتے ہیں، جس سے کم پیداواری لاگت 24,25 پر اعلیٰ مواد تیار کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، مصنوعی اور قدرتی پولیمر کو ملا کر بایوریلیونٹ پولیمرک مواد بنانے میں بہت دلچسپی رہی ہے۔ PVA کو سوڈیم الجنیٹ (NaAlg)، سیلولوز، chitosan اور starch26 کے ساتھ ملایا جا سکتا ہے۔
Sodium alginate ایک قدرتی پولیمر اور anionic polysaccharide ہے جو سمندری بھورے طحالب سے نکالا جاتا ہے۔ سوڈیم الگنیٹ β-(1-4) سے منسلک D-mannuronic ایسڈ (M) اور α-(1-4) سے منسلک L-guluronic ایسڈ (G) پر مشتمل ہوتا ہے جو ہوموپولیمیرک شکلوں (پولی-M اور پولی-G) اور ہیٹروپولیمیرک بلاکس (MG یا GM)27 میں منظم ہوتا ہے۔ M اور G بلاکس کا مواد اور رشتہ دار تناسب alginate28,29 کی کیمیائی اور جسمانی خصوصیات پر نمایاں اثر ڈالتا ہے۔ سوڈیم الجنیٹ اس کی بایوڈیگریڈیبلٹی، بائیو کمپیٹیبلٹی، کم قیمت، اچھی فلم بنانے کی خصوصیات، اور غیر زہریلا ہونے کی وجہ سے بڑے پیمانے پر استعمال اور مطالعہ کیا جاتا ہے۔ تاہم، الگنیٹ چین میں مفت ہائیڈروکسیل (OH) اور کاربو آکسیلیٹ (COO) گروپس کی ایک بڑی تعداد الجنیٹ کو انتہائی ہائیڈرو فیلک بناتی ہے۔ تاہم، الجنیٹ اپنی ٹوٹ پھوٹ اور سختی کی وجہ سے خراب میکانی خصوصیات رکھتا ہے۔ لہذا، پانی کی حساسیت اور مکینیکل خصوصیات 30,31 کو بہتر بنانے کے لیے alginate کو دوسرے مصنوعی مواد کے ساتھ ملایا جا سکتا ہے۔
نئے الیکٹروڈ مواد کو ڈیزائن کرنے سے پہلے، ڈی ایف ٹی حسابات اکثر نئے مواد کی فیبریکیشن فزیبلٹی کا جائزہ لینے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ اس کے علاوہ، سائنس دان تجرباتی نتائج کی تصدیق اور پیش گوئی کرنے، وقت بچانے، کیمیائی فضلہ کو کم کرنے، اور تعامل کے رویے کی پیشن گوئی کرنے کے لیے مالیکیولر ماڈلنگ کا استعمال کرتے ہیں۔ مالیکیولر ماڈلنگ بہت سے شعبوں میں سائنس کی ایک طاقتور اور اہم شاخ بن چکی ہے، بشمول میٹریل سائنس، نینو میٹریل، کمپیوٹیشنل کیمسٹری، اور منشیات کی دریافت33,34۔ ماڈلنگ پروگراموں کا استعمال کرتے ہوئے، سائنسدان براہ راست مالیکیولر ڈیٹا حاصل کر سکتے ہیں، بشمول توانائی (تشکیل کی حرارت، آئنائزیشن پوٹینشل، ایکٹیویشن انرجی، وغیرہ) اور جیومیٹری (بانڈ اینگل، بانڈ کی لمبائی، اور ٹارشن اینگل)35۔ اس کے علاوہ، الیکٹرانک خصوصیات (چارج، HOMO اور LUMO بینڈ گیپ انرجی، الیکٹران سے وابستگی)، سپیکٹرل خصوصیات (خصوصیت کمپن موڈز اور شدت جیسے FTIR سپیکٹرا)، اور بلک خصوصیات (حجم، بازی، viscosity، ماڈیولس، وغیرہ)36 کا حساب لگایا جا سکتا ہے۔
LiNiPO4 اعلی توانائی کی کثافت (تقریبا 5.1 V کے ورکنگ وولٹیج) کی وجہ سے لیتھیم آئن بیٹری مثبت الیکٹروڈ مواد کے ساتھ مقابلہ کرنے میں ممکنہ فوائد دکھاتا ہے۔ ہائی وولٹیج والے علاقے میں LiNiPO4 کے فائدے سے پوری طرح فائدہ اٹھانے کے لیے، ورکنگ وولٹیج کو کم کرنے کی ضرورت ہے کیونکہ فی الحال تیار کردہ ہائی وولٹیج الیکٹرولائٹ صرف 4.8 V سے کم وولٹیج پر نسبتاً مستحکم رہ سکتی ہے۔ Zhang et al. LiNiPO4 کی Ni سائٹ میں تمام 3d، 4d، اور 5d ٹرانزیشن میٹلز کی ڈوپنگ کی چھان بین کی، بہترین الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کے ساتھ ڈوپنگ پیٹرن کا انتخاب کیا، اور اس کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کے رشتہ دار استحکام کو برقرار رکھتے ہوئے LiNiPO4 کے ورکنگ وولٹیج کو ایڈجسٹ کیا۔ سب سے کم ورکنگ وولٹیجز جو انہوں نے حاصل کیے وہ بالترتیب Ti، Nb، اور Ta-doped LiNiPO4 کے لیے 4.21، 3.76، اور 3.5037 تھے۔
لہذا، اس مطالعہ کا مقصد نظری طور پر ریچارج ایبل آئن آئن بیٹریوں میں اس کے اطلاق کے لیے کوانٹم مکینیکل حسابات کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹرانک خصوصیات، QSAR ڈسکرپٹرز اور PVA/NaAlg سسٹم کے تھرمل خصوصیات پر پلاسٹائزر کے طور پر گلیسرول کے اثر کی تحقیق کرنا ہے۔ PVA/NaAlg ماڈل اور گلیسرول کے درمیان مالیکیولر تعاملات کا تجزیہ بدر کے کوانٹم اٹامک تھیوری آف مالیکیولز (QTAIM) کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا۔
ایک مالیکیول ماڈل جو PVA کے NaAlg کے ساتھ تعامل کی نمائندگی کرتا ہے اور پھر گلیسرول کے ساتھ DFT کا استعمال کرتے ہوئے بہتر بنایا گیا تھا۔ ماڈل کی گنتی اسپیکٹروسکوپی ڈیپارٹمنٹ، نیشنل ریسرچ سینٹر، قاہرہ، مصر میں Gaussian 0938 سافٹ ویئر کے ذریعے کی گئی۔ ماڈلز کو B3LYP/6-311G(d,p) سطح39,40,41,42 پر DFT کا استعمال کرتے ہوئے بہتر بنایا گیا تھا۔ مطالعہ شدہ ماڈلز کے درمیان تعامل کی تصدیق کرنے کے لیے، تھیوری کی ایک ہی سطح پر کی جانے والی فریکوئنسی اسٹڈیز آپٹمائزڈ جیومیٹری کے استحکام کو ظاہر کرتی ہیں۔ تمام تشخیص شدہ تعددات میں منفی تعدد کی عدم موجودگی ممکنہ توانائی کی سطح پر حقیقی مثبت منیما میں قیاس شدہ ساخت کو نمایاں کرتی ہے۔ جسمانی پیرامیٹرز جیسے TDM، HOMO/LUMO بینڈ گیپ انرجی اور MESP کا حساب تھیوری کی اسی کوانٹم مکینیکل سطح پر کیا گیا۔ اس کے علاوہ، کچھ تھرمل پیرامیٹرز جیسے کہ تشکیل کی حتمی حرارت، آزاد توانائی، اینٹروپی، اینتھالپی اور حرارت کی گنجائش کا حساب جدول 1 میں دیے گئے فارمولوں کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا۔ مطالعہ شدہ ماڈلز کو مالیکیولز میں ایٹموں کے کوانٹم تھیوری (QTAIM) کے تجزیہ سے مشروط کیا گیا تاکہ سطح کی ساخت پر ہونے والے تعاملات کی شناخت کی جا سکے۔ یہ حسابات Gaussian 09 سافٹ ویئر کوڈ میں "output=wfn" کمانڈ کا استعمال کرتے ہوئے کیے گئے اور پھر ایوگاڈرو سافٹ ویئر کوڈ 43 کا استعمال کرتے ہوئے تصور کیا گیا۔
جہاں E اندرونی توانائی ہے، P دباؤ ہے، V حجم ہے، Q نظام اور اس کے ماحول کے درمیان حرارت کا تبادلہ ہے، T درجہ حرارت ہے، ΔH انتھالپی تبدیلی ہے، ΔG مفت توانائی کی تبدیلی ہے، ΔS انٹروپی کی تبدیلی ہے، a اور b کمپن پیرامیٹرز ہیں، q ایٹم چارج ہے، اور C ایٹمک الیکٹران ہے، den445s۔ آخر کار، انہی ڈھانچے کو بہتر بنایا گیا اور قاہرہ، مصر میں نیشنل ریسرچ سینٹر کے سپیکٹروسکوپی ڈیپارٹمنٹ میں SCIGRESS سافٹ ویئر کوڈ 46 کا استعمال کرتے ہوئے QSAR پیرامیٹرز کو PM6 سطح پر شمار کیا گیا۔
ہمارے پچھلے کام47 میں، ہم نے سب سے زیادہ ممکنہ ماڈل کا جائزہ لیا جس میں تین PVA یونٹس کے دو NaAlg یونٹوں کے ساتھ تعامل کو بیان کیا گیا، جس میں گلیسرول ایک پلاسٹائزر کے طور پر کام کرتا ہے۔ جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، PVA اور NaAlg کے باہمی تعامل کے دو امکانات ہیں۔ دو ماڈلز، نامزد کردہ 3PVA-2Na Alg (کاربن نمبر 10 پر مبنی) اور ٹرم 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg، زیر غور دیگر ڈھانچوں کے مقابلے میں سب سے کم توانائی کے فرق کی قدر 48 رکھتے ہیں۔ لہذا، PVA/Na Alg مرکب پولیمر کے سب سے زیادہ ممکنہ ماڈل پر Gly کے اضافے کے اثر کی جانچ بعد کے دو ڈھانچے کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی: 3PVA-(C10)2Na Alg (سادگی کے لیے 3PVA-2Na Alg کہا جاتا ہے) اور اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1. ادب کے مطابق، PVA، NaAlg اور گلیسرول ہائیڈروکسیل فنکشنل گروپس کے درمیان صرف کمزور ہائیڈروجن بانڈ بنا سکتے ہیں۔ چونکہ PVA trimer اور NaAlg اور glycerol dimer دونوں میں کئی OH گروپ ہوتے ہیں، اس لیے رابطہ OH گروپوں میں سے کسی ایک کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ شکل 1 ماڈل گلیسرول مالیکیول اور ماڈل مالیکیول 3PVA-2Na Alg کے درمیان تعامل کو ظاہر کرتا ہے، اور شکل 2 ماڈل مالیکیول ٹرم 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg اور گلیسرول کے مختلف ارتکاز کے درمیان تعامل کا تعمیر شدہ ماڈل دکھاتا ہے۔
آپٹمائزڈ ڈھانچے: (a) Gly اور 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly، (c) 2 Gly، (d) 3 Gly، (e) 4 Gly، اور (f) 5 Gly کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔
ٹرم 1Na Alg- 3PVA-Mid 1Na Alg کے آپٹمائزڈ ڈھانچے (a) 1 Gly، (b) 2 Gly، (c) 3 Gly، (d) 4 Gly، (e) 5 Gly، اور (f) 6 Gly کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔
کسی بھی الیکٹروڈ مواد کی رد عمل کا مطالعہ کرتے وقت الیکٹران بینڈ گیپ انرجی ایک اہم پیرامیٹر ہے جس پر غور کیا جائے۔ کیونکہ یہ الیکٹران کے رویے کو بیان کرتا ہے جب مواد کو بیرونی تبدیلیوں کا نشانہ بنایا جاتا ہے۔ لہذا، مطالعہ کیے گئے تمام ڈھانچے کے لیے HOMO/LUMO کی الیکٹران بینڈ گیپ انرجی کا اندازہ لگانا ضروری ہے۔ جدول 2 گلیسرول کے اضافے کی وجہ سے 3PVA-(C10)2Na Alg اور ٹرم 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg کی HOMO/LUMO توانائیوں میں تبدیلیوں کو ظاہر کرتا ہے۔ ref47 کے مطابق، 3PVA-(C10)2Na Alg کی Eg قدر 0.2908 eV ہے، جبکہ ساخت کی Eg قدر جو دوسرے تعامل کے امکان کو ظاہر کرتی ہے (یعنی اصطلاح 1Na Alg − 3PVA- وسط 1Na Alg) 0.5706 eV ہے۔
تاہم، یہ پایا گیا کہ گلیسرول کے اضافے کے نتیجے میں 3PVA-(C10)2Na Alg کی Eg قدر میں معمولی تبدیلی آئی۔ جب 3PVA-(C10)2NaAlg نے 1, 2, 3, 4 اور 5 گلیسرول یونٹس کے ساتھ تعامل کیا تو اس کی Eg قدریں بالترتیب 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 اور 0.281 eV بن گئیں۔ تاہم، ایک قابل قدر بصیرت ہے کہ 3 گلیسرول یونٹس کو شامل کرنے کے بعد، مثالی قدر 3PVA-(C10)2Na Alg سے چھوٹی ہو گئی۔ پانچ گلیسرول یونٹوں کے ساتھ 3PVA-(C10)2Na Alg کے تعامل کی نمائندگی کرنے والا ماڈل سب سے زیادہ ممکنہ تعامل کا ماڈل ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ جیسے جیسے گلیسرول یونٹس کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، تعامل کا امکان بھی بڑھ جاتا ہے۔
دریں اثنا، تعامل کے دوسرے امکان کے لیے، ٹرم 1Na Alg - 3PVA -Mid 1Na Alg- 1Gly، Term 1Na Alg - 3PVA -Mid 1Na Alg- 2Gly، ٹرم 1Na Alg -M 1Na Alg-2Gly، اصطلاح 1Na Alg-3PVA کی نمائندگی کرنے والے ماڈل مالیکیولز کی HOMO/LUMO توانائیاں 3Gly، ٹرم 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly، ٹرم 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly اور ٹرم 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly، 1.734، 1.734 بن جاتا ہے۔ بالترتیب 0.607، 0.348 اور 0.496 eV۔ جدول 2 تمام ڈھانچے کے لیے حسابی HOMO/LUMO بینڈ گیپ انرجی کو دکھاتا ہے۔ مزید یہ کہ پہلے گروپ کے تعامل کے امکانات کا وہی طرز عمل یہاں دہرایا گیا ہے۔
سالڈ سٹیٹ فزکس میں بینڈ تھیوری کہتی ہے کہ جیسے جیسے الیکٹروڈ میٹریل کا بینڈ گیپ کم ہوتا ہے، مواد کی برقی چالکتا بڑھ جاتی ہے۔ ڈوپنگ سوڈیم آئن کیتھوڈ مواد کے بینڈ گیپ کو کم کرنے کا ایک عام طریقہ ہے۔ جیانگ وغیرہ۔ β-NaMnO2 پرتوں والے مواد کی الیکٹرانک چالکتا کو بہتر بنانے کے لیے Cu ڈوپنگ کا استعمال کیا۔ DFT حسابات کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے پایا کہ ڈوپنگ نے مواد کے بینڈ گیپ کو 0.7 eV سے 0.3 eV تک کم کر دیا۔ یہ اشارہ کرتا ہے کہ Cu ڈوپنگ β-NaMnO2 مواد کی الیکٹرانک چالکتا کو بہتر بناتا ہے۔
MESP کی تعریف مالیکیولر چارج ڈسٹری بیوشن اور ایک مثبت چارج کے درمیان تعامل کی توانائی کے طور پر کی گئی ہے۔ MESP کو کیمیائی خصوصیات اور رد عمل کو سمجھنے اور اس کی تشریح کرنے کا ایک مؤثر ذریعہ سمجھا جاتا ہے۔ MESP کا استعمال پولیمرک مواد کے درمیان تعامل کے طریقہ کار کو سمجھنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ MESP زیر مطالعہ کمپاؤنڈ کے اندر چارج کی تقسیم کو بیان کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، MESP مطالعہ32 کے تحت مواد میں فعال سائٹس کے بارے میں معلومات فراہم کرتا ہے۔ شکل 3 میں 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) کے MESP پلاٹ دکھاتا ہے۔ − 4Gly، اور 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly نے نظریہ کی B3LYP/6-311G(d, p) سطح پر پیش گوئی کی ہے۔
(b) 1 Gly، (c) 2 Gly، (d) 3 Gly، (e) 4 Gly، اور (f) 5 Gly کے ساتھ تعامل کرنے والے B3LYP/6-311 g(d, p) کے لیے (a) Gly اور 3PVA − 2Na Alg کے ساتھ MESP شکلوں کا حساب لگایا گیا ہے۔
دریں اثنا، تصویر 4 مدت 1Na Alg- 3PVA – وسط 1Na Alg، ٹرم 1Na Alg-3PVA – وسط 1Na Alg- 1Gly، ٹرم 1Na Alg-3PVA – وسط 1Na Alg −md-md-2G-md-1Na-3PVA – ٹرم 1Na Alg-3PVA کے لیے MESP کے حسابی نتائج دکھاتا ہے۔ Alg − 3gly، ٹرم 1Na Alg-3PVA – وسط 1Na Alg − 4Gly، ٹرم 1Na Alg- 3PVA – وسط 1Na Alg- 5gly اور ٹرم 1Na Alg-3PVA – وسط 1Na Alg − 6Gly، بالترتیب۔ حساب شدہ MESP کو ایک سموچ رویے کے طور پر پیش کیا جاتا ہے۔ سموچ لائنوں کو مختلف رنگوں سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ ہر رنگ ایک مختلف برقی منفی قدر کی نمائندگی کرتا ہے۔ سرخ رنگ انتہائی برقی یا رد عمل والی جگہوں کی نشاندہی کرتا ہے۔ دریں اثنا، پیلا رنگ ساخت میں غیر جانبدار سائٹس 49، 50، 51 کی نمائندگی کرتا ہے۔ MESP کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 3PVA-(C10)2Na Alg کی ری ایکٹیویٹی مطالعہ شدہ ماڈلز کے گرد سرخ رنگ کے اضافے کے ساتھ بڑھی ہے۔ دریں اثنا، ٹرم 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg ماڈل مالیکیول کے MESP نقشے میں سرخ رنگ کی شدت مختلف گلیسرول مواد کے ساتھ تعامل کی وجہ سے کم ہوتی ہے۔ مجوزہ ڈھانچے کے ارد گرد سرخ رنگ کی تقسیم میں تبدیلی رد عمل کی عکاسی کرتی ہے، جبکہ شدت میں اضافہ گلیسرول کے مواد میں اضافے کی وجہ سے 3PVA-(C10)2Na Alg ماڈل مالیکیول کی برقی منفیت میں اضافے کی تصدیق کرتا ہے۔
B3LYP/6-311 g(d, p) 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg کی MESP مدت کا حساب کتاب (a) 1 Gly، (b) 2 Gly، (c) 3 Gly، (d) 4 Gly، (e) 5 Gly، اور (f) 6 Gly۔
تمام مجوزہ ڈھانچوں کے اپنے تھرمل پیرامیٹرز جیسے اینتھالپی، اینٹروپی، حرارت کی صلاحیت، آزاد توانائی اور تشکیل کی حرارت کا حساب مختلف درجہ حرارت پر 200 K سے 500 K کے درمیان ہوتا ہے۔ جسمانی نظاموں کے رویے کو بیان کرنے کے لیے، ان کے برقی رویے کا مطالعہ کرنے کے علاوہ، یہ بھی ضروری ہے کہ ان کے تھرمل رویے کا مطالعہ کیا جائے، جو درجہ حرارت کے دیگر افعال کے ساتھ تعامل کے لیے ان کے تھرمل رویے کا استعمال کر سکتا ہے۔ جدول 1 میں دی گئی مساوات۔ ان تھرمل پیرامیٹرز کا مطالعہ مختلف درجہ حرارت پر اس طرح کے جسمانی نظاموں کی ردعمل اور استحکام کا ایک اہم اشارہ سمجھا جاتا ہے۔
جہاں تک PVA ٹرائمر کے اینتھالپی کا تعلق ہے، یہ پہلے NaAlg dimer کے ساتھ، پھر کاربن ایٹم #10 سے منسلک OH گروپ کے ذریعے، اور آخر میں گلیسرول کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ اینتھالپی تھرموڈینامک نظام میں توانائی کا ایک پیمانہ ہے۔ Enthalpy نظام میں کل حرارت کے برابر ہے، جو نظام کی اندرونی توانائی کے علاوہ اس کے حجم اور دباؤ کی پیداوار کے برابر ہے۔ دوسرے لفظوں میں، enthalpy ظاہر کرتا ہے کہ کسی مادہ میں کتنی حرارت اور کام شامل کیا جاتا ہے یا اس سے ہٹایا جاتا ہے۔
شکل 5 3PVA-(C10)2Na Alg کے رد عمل کے دوران مختلف گلیسرول کے ارتکاز کے ساتھ enthalpy تبدیلیوں کو دکھاتا ہے۔ مخففات A0, A1, A2, A3, A4, اور A5 ماڈل مالیکیولز کی نمائندگی کرتے ہیں 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly، اور 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly، بالترتیب۔ شکل 5a سے پتہ چلتا ہے کہ درجہ حرارت اور گلیسرول کے بڑھتے ہوئے مواد کے ساتھ اینتھالپی میں اضافہ ہوتا ہے۔ 200 K پر 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (یعنی، A5) کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے کا انتھالپی 27.966 cal/mol ہے، جب کہ 200 K پر 3PVA-2NaAlg کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے کا انتھالپی 13.490 کیل/مول ہے۔ آخر میں، چونکہ enthalpy مثبت ہے، یہ ردعمل endothermic ہے۔
اینٹروپی کو بند تھرموڈینامک نظام میں غیر دستیاب توانائی کی پیمائش کے طور پر بیان کیا جاتا ہے اور اسے اکثر نظام کی خرابی کی پیمائش کے طور پر سمجھا جاتا ہے۔ شکل 5b درجہ حرارت کے ساتھ 3PVA-(C10)2NaAlg کی اینٹروپی میں تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے اور یہ کہ یہ مختلف گلیسرول یونٹوں کے ساتھ کیسے تعامل کرتا ہے۔ گراف دکھاتا ہے کہ درجہ حرارت 200 K سے 500 K تک بڑھنے کے ساتھ ہی اینٹروپی لکیری طور پر تبدیل ہوتی ہے۔ شکل 5b واضح طور پر ظاہر کرتا ہے کہ 3PVA-(C10)2Na Alg ماڈل کی اینٹروپی 200 K پر 200 cal/K/mol ہوتی ہے کیونکہ 3PVA-(C10 کم ماڈل) کی خرابی جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، 3PVA-(C10)2Na Alg ماڈل خراب ہو جاتا ہے اور بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ اینٹروپی میں اضافے کی وضاحت کرتا ہے۔ مزید یہ کہ، یہ واضح ہے کہ 3PVA-C10 2Na Alg-5 Gly کی ساخت میں سب سے زیادہ اینٹروپی ویلیو ہے۔
اسی طرز عمل کو شکل 5c میں دیکھا گیا ہے، جو درجہ حرارت کے ساتھ حرارت کی صلاحیت میں تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے۔ حرارت کی گنجائش کسی مادے کی دی گئی مقدار کے درجہ حرارت کو 1 °C47 تک تبدیل کرنے کے لیے درکار حرارت کی مقدار ہے۔ شکل 5c ماڈل مالیکیول 3PVA-(C10)2NaAlg کی 1، 2، 3، 4، اور 5 گلیسرول اکائیوں کے ساتھ تعامل کی وجہ سے حرارت کی صلاحیت میں ہونے والی تبدیلیوں کو ظاہر کرتی ہے۔ اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ ماڈل 3PVA-(C10)2NaAlg کی حرارت کی گنجائش درجہ حرارت کے ساتھ لکیری طور پر بڑھ جاتی ہے۔ بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ حرارت کی صلاحیت میں مشاہدہ شدہ اضافہ فونون تھرمل کمپن سے منسوب ہے۔ اس کے علاوہ، اس بات کے شواہد موجود ہیں کہ گلیسرول کی مقدار میں اضافہ ماڈل 3PVA-(C10)2NaAlg کی حرارت کی صلاحیت میں اضافہ کا باعث بنتا ہے۔ مزید برآں، ڈھانچہ یہ ظاہر کرتا ہے کہ 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly میں دیگر ڈھانچوں کے مقابلے میں سب سے زیادہ حرارت کی گنجائش ہے۔
دیگر پیرامیٹرز جیسے مفت توانائی اور تشکیل کی حتمی حرارت کا مطالعہ شدہ ڈھانچے کے لئے حساب لگایا گیا تھا اور بالترتیب شکل 5d اور e میں دکھایا گیا ہے۔ تشکیل کی آخری حرارت وہ حرارت ہے جو مستقل دباؤ کے تحت اس کے جزو عناصر سے خالص مادے کی تشکیل کے دوران جاری یا جذب ہوتی ہے۔ آزاد توانائی کو توانائی سے ملتی جلتی ایک خاصیت کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے، یعنی اس کی قدر ہر تھرموڈینامک حالت میں مادے کی مقدار پر منحصر ہے۔ 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly کی تشکیل کی مفت توانائی اور حرارت سب سے کم تھی اور بالترتیب -1318.338 اور -1628.154 kcal/mol تھی۔ اس کے برعکس، 3PVA-(C10)2NaAlg کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے میں دیگر ڈھانچوں کے مقابلے میں بالترتیب -690.340 اور -830.673 kcal/mol کی سب سے زیادہ آزاد توانائی اور تشکیل کی قدریں ہیں۔ جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے، گلیسرول کے ساتھ تعامل کی وجہ سے مختلف تھرمل خصوصیات بدل جاتی ہیں۔ گِبس فری انرجی منفی ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ مجوزہ ڈھانچہ مستحکم ہے۔
PM6 نے خالص 3PVA- (C10) 2Na Alg (ماڈل A0)، 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (ماڈل A1)، 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (ماڈل A2)، Alg − 2 Gly (ماڈل A2)، Alg−310) کے تھرمل پیرامیٹرز کا حساب لگایا (ماڈل A3)، 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (Model A4)، اور 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (ماڈل A5)، جہاں (a) اینتھالپی ہے، (b) اینٹروپی، (c) حرارت کی گنجائش، (d) حرارت کی آزاد شکل، اور (e)۔
دوسری طرف، PVA trimer اور dimeric NaAlg کے درمیان دوسرا تعامل موڈ PVA trimer ڈھانچے میں ٹرمینل اور درمیانی OH گروپوں میں ہوتا ہے۔ جیسا کہ پہلے گروپ میں، تھرمل پیرامیٹرز کا حساب اسی سطح کے تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا تھا۔ شکل 6a-e انتھالپی، اینٹروپی، حرارت کی صلاحیت، آزاد توانائی اور بالآخر، تشکیل کی حرارت کے تغیرات کو ظاہر کرتا ہے۔ اعداد و شمار 6a-c سے پتہ چلتا ہے کہ ٹرم 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg کی اینتھالپی، اینٹروپی اور حرارت کی گنجائش 1، 2، 3، 4، 5 اور 6 گلیسرول یونٹس کے ساتھ تعامل کرتے وقت پہلے گروپ کی طرح برتاؤ کی نمائش کرتی ہے۔ مزید یہ کہ درجہ حرارت بڑھنے کے ساتھ ان کی قدریں آہستہ آہستہ بڑھتی ہیں۔ اس کے علاوہ، مجوزہ ٹرم 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ماڈل میں، انتھالپی، اینٹروپی اور حرارت کی صلاحیت کی قدروں میں گلیسرول کے مواد میں اضافہ کے ساتھ اضافہ ہوا۔ مخففات B0, B1, B2, B3, B4, B5 اور B6 بالترتیب درج ذیل ڈھانچے کی نمائندگی کرتے ہیں: ٹرم 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- وسط 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA, Term 1 Na Alg- 3PVA, Mid1m Alg- Alg- 3PVA- وسط 1 Na Alg − 3gly، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- وسط 1 Na Alg − 4 Gly، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly اور Term 1 Na Alg- 3PVA- وسط 1 Na Algly۔ جیسا کہ تصویر 6a–c میں دکھایا گیا ہے، یہ واضح ہے کہ انتھالپی، اینٹروپی اور حرارت کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے کیونکہ گلیسرول یونٹس کی تعداد 1 سے 6 تک بڑھ جاتی ہے۔
PM6 نے خالص ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (ماڈل B0)، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 1 Gly (ماڈل B1)، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg-Na Alg-22، ٹرم کے تھرمل پیرامیٹرز کا حساب لگایا۔ 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (ماڈل B3)، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (ماڈل B4)، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (ماڈل B5)، اور ٹرم 1 Na Alg- 31-6 پی وی اے ایل جی (ماڈل بی 3) سمیت (a) انتھالپی، (b) اینٹروپی، (c) حرارت کی گنجائش، (d) آزاد توانائی، اور (e) تشکیل کی حرارت۔
اس کے علاوہ، ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے میں دیگر ڈھانچوں کے مقابلے میں انتھالپی، اینٹروپی اور حرارت کی صلاحیت کی اعلیٰ قدریں ہیں۔ ان میں، ان کی قدریں 16.703 cal/mol، 257.990 cal/mol/K اور 131.323 kcal/mol میں ٹرم 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg سے بڑھ کر 33.223 cal/mol، 420.038 cal/mol/cal/32m. 1 Na Alg − 3PVA- وسط 1 Na Alg − 6 Gly، بالترتیب۔
تاہم، اعداد و شمار 6d اور e مفت توانائی کے درجہ حرارت پر انحصار اور تشکیل کی حتمی حرارت (HF) کو ظاہر کرتے ہیں۔ HF کی تعریف انتھالپی تبدیلی کے طور پر کی جا سکتی ہے جو اس وقت ہوتی ہے جب کسی مادے کا ایک تل قدرتی اور معیاری حالات میں اس کے عناصر سے بنتا ہے۔ اعداد و شمار سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ مفت توانائی اور تمام زیر مطالعہ ڈھانچوں کی تشکیل کی آخری حرارت درجہ حرارت پر ایک خطی انحصار ظاہر کرتی ہے، یعنی بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ وہ بتدریج اور لکیری طور پر بڑھتے ہیں۔ اس کے علاوہ، اعداد و شمار نے اس بات کی بھی تصدیق کی کہ اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے میں سب سے کم مفت توانائی اور سب سے کم HF ہے۔ دونوں پیرامیٹرز 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly سے -1,476.591 اور -1,828.523 K cal/mol کی اصطلاح میں -758.337 سے -899.741 K cal/mol تک گھٹ گئے۔ نتائج سے واضح ہوتا ہے کہ گلیسرول یونٹس کے بڑھنے سے HF کم ہو جاتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ فنکشنل گروپس میں اضافے کی وجہ سے ری ایکٹیویٹی بھی بڑھ جاتی ہے اور اس وجہ سے رد عمل کو انجام دینے کے لیے کم توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ پلاسٹکائزڈ PVA/NaAlg بیٹریوں میں اس کی اعلی رد عمل کی وجہ سے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
عام طور پر، درجہ حرارت کے اثرات کو دو اقسام میں تقسیم کیا جاتا ہے: کم درجہ حرارت کے اثرات اور اعلی درجہ حرارت کے اثرات۔ کم درجہ حرارت کے اثرات بنیادی طور پر اونچے عرض بلد پر واقع ممالک جیسے کہ گرین لینڈ، کینیڈا اور روس میں محسوس کیے جاتے ہیں۔ سردیوں میں، ان جگہوں پر باہر کی ہوا کا درجہ حرارت صفر ڈگری سینٹی گریڈ سے بھی کم ہوتا ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کی عمر اور کارکردگی کم درجہ حرارت سے متاثر ہو سکتی ہے، خاص طور پر جو پلگ ان ہائبرڈ الیکٹرک گاڑیاں، خالص الیکٹرک گاڑیاں، اور ہائبرڈ الیکٹرک گاڑیوں میں استعمال ہوتی ہیں۔ خلائی سفر ایک اور سرد ماحول ہے جس میں لیتھیم آئن بیٹریوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، مریخ پر درجہ حرارت -120 ڈگری سیلسیس تک گر سکتا ہے، جو خلائی جہاز میں لیتھیم آئن بیٹریوں کے استعمال میں ایک اہم رکاوٹ ہے۔ کم آپریٹنگ درجہ حرارت لتیم آئن بیٹریوں کے چارج ٹرانسفر کی شرح اور کیمیائی رد عمل کی سرگرمی میں کمی کا باعث بن سکتا ہے، جس کے نتیجے میں الیکٹروڈ کے اندر لتیم آئنوں کی بازی کی شرح اور الیکٹرولائٹ میں آئنک چالکتا میں کمی واقع ہوتی ہے۔ اس تنزلی کے نتیجے میں توانائی کی صلاحیت اور طاقت میں کمی واقع ہوتی ہے، اور بعض اوقات کارکردگی بھی کم ہوجاتی ہے۔
اعلی درجہ حرارت کا اثر اطلاق کے ماحول کی وسیع رینج میں ہوتا ہے، بشمول اعلی اور کم درجہ حرارت کے ماحول، جبکہ کم درجہ حرارت کا اثر بنیادی طور پر کم درجہ حرارت کے اطلاق کے ماحول تک محدود ہوتا ہے۔ کم درجہ حرارت کا اثر بنیادی طور پر محیطی درجہ حرارت سے طے ہوتا ہے، جبکہ اعلی درجہ حرارت کا اثر عام طور پر زیادہ درست طریقے سے آپریشن کے دوران لتیم آئن بیٹری کے اندر اعلی درجہ حرارت سے منسوب ہوتا ہے۔
لیتھیم آئن بیٹریاں زیادہ موجودہ حالات میں گرمی پیدا کرتی ہیں (بشمول تیز چارجنگ اور تیز خارج ہونے والی)، جس کی وجہ سے اندرونی درجہ حرارت بڑھتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت کی نمائش بھی بیٹری کی کارکردگی میں کمی کا سبب بن سکتی ہے، بشمول صلاحیت اور طاقت کا نقصان۔ عام طور پر، لیتھیم کا نقصان اور زیادہ درجہ حرارت پر فعال مواد کی بازیابی صلاحیت میں کمی کا باعث بنتی ہے، اور بجلی کا نقصان اندرونی مزاحمت میں اضافے کی وجہ سے ہوتا ہے۔ اگر درجہ حرارت کنٹرول سے باہر ہو جاتا ہے تو، تھرمل بھاگ جاتا ہے، جو بعض صورتوں میں اچانک دہن یا یہاں تک کہ دھماکے کا باعث بن سکتا ہے۔
کیو ایس اے آر کیلکولیشن ایک کمپیوٹیشنل یا ریاضیاتی ماڈلنگ کا طریقہ ہے جو حیاتیاتی سرگرمی اور مرکبات کی ساختی خصوصیات کے درمیان تعلق کی شناخت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ تمام ڈیزائن کردہ مالیکیولز کو بہتر بنایا گیا تھا اور کچھ QSAR خصوصیات کو PM6 کی سطح پر شمار کیا گیا تھا۔ جدول 3 میں کچھ حسابی QSAR وضاحت کنندگان کی فہرست دی گئی ہے۔ اس طرح کے بیان کنندگان کی مثالیں چارج، TDM، کل توانائی (E)، آئنائزیشن پوٹینشل (IP)، لاگ پی، اور پولرائزیبلٹی (IP اور لاگ P کا تعین کرنے کے لیے فارمولوں کے لیے جدول 1 دیکھیں) ہیں۔
حساب کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ تمام زیر مطالعہ ڈھانچوں کا کل چارج صفر ہے کیونکہ وہ زمینی حالت میں ہیں۔ پہلے تعامل کے امکان کے لیے، گلیسرول کا TDM 2.788 Debye اور 6.840 Debye 3PVA-(C10) 2Na Alg کے لیے تھا، جب کہ TDM کی قدروں کو بڑھا کر 17.990 Debye، 8.848 Debye، 5.874 Debye، 5.874 Debye، 5.874 Debye، 5.877 Debye. جب 3PVA-(C10) 2Na Alg نے بالترتیب 1، 2، 3، 4 اور 5 یونٹس گلیسرول کے ساتھ بات چیت کی۔ TDM قدر جتنی زیادہ ہوگی، ماحول کے ساتھ اس کا رد عمل اتنا ہی زیادہ ہوگا۔
کل توانائی (E) کا بھی حساب لگایا گیا، اور گلیسرول اور 3PVA-(C10)2 NaAlg کی E قدریں بالترتیب -141.833 eV اور -200092.503 eV پائی گئیں۔ دریں اثنا، 3PVA-(C10)2 NaAlg کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے 1، 2، 3، 4 اور 5 گلیسرول یونٹس کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ E بن جاتا ہے -996.837، -1108.440، -1238.740، -1372.075 اور -1548.031 eV، بالترتیب۔ گلیسرول کے مواد میں اضافہ کل توانائی میں کمی کا باعث بنتا ہے اور اس وجہ سے رد عمل میں اضافہ ہوتا ہے۔ توانائی کے کل حساب کی بنیاد پر، یہ نتیجہ اخذ کیا گیا کہ ماڈل مالیکیول، جو کہ 3PVA-2Na Alg-5 Gly ہے، دوسرے ماڈل مالیکیولز سے زیادہ رد عمل کا حامل ہے۔ یہ رجحان ان کی ساخت سے متعلق ہے. 3PVA-(C10)2NaAlg میں صرف دو -COONa گروپ ہوتے ہیں، جبکہ دیگر ڈھانچے میں دو -COONa گروپ ہوتے ہیں لیکن کئی OH گروپ ہوتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ماحول کی طرف ان کی رد عمل میں اضافہ ہوتا ہے۔
اس کے علاوہ، اس مطالعے میں تمام ڈھانچے کی آئنائزیشن انرجی (IE) پر غور کیا گیا ہے۔ مطالعہ شدہ ماڈل کی رد عمل کی پیمائش کے لیے آئنائزیشن توانائی ایک اہم پیرامیٹر ہے۔ ایک الیکٹران کو مالیکیول کے ایک نقطے سے انفینٹی تک لے جانے کے لیے درکار توانائی کو آئنائزیشن انرجی کہتے ہیں۔ یہ مالیکیول کی آئنائزیشن (یعنی رد عمل) کی ڈگری کی نمائندگی کرتا ہے۔ آئنائزیشن توانائی جتنی زیادہ ہوگی، رد عمل اتنا ہی کم ہوگا۔ 1، 2، 3، 4 اور 5 گلیسرول یونٹس کے ساتھ تعامل کرنے والے 3PVA-(C10)2NaAlg کے IE کے نتائج بالترتیب -9.256، -9.393، -9.393، -9.248 اور -9.323 eV تھے، جبکہ گلیسرول کے IEs تھے بالترتیب -5.157 اور -9.341 eV۔ چونکہ گلیسرول کے اضافے کے نتیجے میں آئی پی کی قدر میں کمی واقع ہوئی، سالماتی رد عمل میں اضافہ ہوا، جو الیکٹرو کیمیکل آلات میں PVA/NaAlg/glycerol ماڈل مالیکیول کے قابل اطلاق کو بڑھاتا ہے۔
جدول 3 میں پانچواں وضاحت کنندہ لاگ پی ہے، جو تقسیم کے عدد کا لوگارتھم ہے اور اس کا استعمال یہ بتانے کے لیے کیا جاتا ہے کہ آیا زیر مطالعہ ڈھانچہ ہائیڈرو فیلک ہے یا ہائیڈروفوبک۔ منفی لاگ پی ویلیو ہائیڈرو فیلک مالیکیول کی نشاندہی کرتی ہے، مطلب یہ ہے کہ یہ پانی میں آسانی سے گھل جاتا ہے اور نامیاتی سالوینٹس میں خراب طور پر تحلیل ہوتا ہے۔ ایک مثبت قدر مخالف عمل کی نشاندہی کرتی ہے۔
حاصل کردہ نتائج کی بنیاد پر، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ تمام ڈھانچے ہائیڈرو فیلک ہیں، کیونکہ ان کی لاگ P قدریں (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly، 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly، 3PVA-(C10) 2Na Alg، 3G-3G-3G) − 4Gly اور 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) بالترتیب -3.537، -5.261، -6.342، -7.423 اور -8.504 ہیں، جب کہ گلیسرول کی لاگ پی ویلیو صرف -1.081 اور 3PVA- صرف -3.10-(C100) Alg. اس کا مطلب یہ ہے کہ زیر مطالعہ ساخت کی خصوصیات بدل جائیں گی کیونکہ پانی کے مالیکیول اس کی ساخت میں شامل ہو جائیں گے۔
آخر میں، تمام ڈھانچے کی قطبی صلاحیتوں کا حساب بھی نیم تجرباتی طریقہ استعمال کرتے ہوئے PM6 کی سطح پر کیا جاتا ہے۔ یہ پہلے نوٹ کیا گیا تھا کہ زیادہ تر مواد کی پولرائزیبلٹی مختلف عوامل پر منحصر ہے۔ سب سے اہم عنصر زیر مطالعہ ساخت کا حجم ہے۔ 3PVA اور 2NaAlg کے درمیان تعامل کی پہلی قسم کے تمام ڈھانچے کے لیے (تعامل کاربن ایٹم نمبر 10 کے ذریعے ہوتا ہے)، گلیسرول کے اضافے سے پولرائزیبلٹی بہتر ہوتی ہے۔ پولرائزیبلٹی 29.690 Å سے 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 اور 54.638 Å تک 1, 2, 3, 4 اور 5 گلیسرول یونٹوں کے ساتھ تعامل کی وجہ سے بڑھ جاتی ہے۔ اس طرح، یہ پایا گیا کہ سب سے زیادہ پولرائزیبلٹی والا ماڈل مالیکیول 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ہے، جبکہ سب سے کم پولرائزیبلٹی والا ماڈل مالیکیول 3PVA-(C10)2NaAlg ہے، جو کہ 29.690 Å ہے۔
QSAR ڈسکرپٹرز کی تشخیص سے یہ بات سامنے آئی کہ 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly کی نمائندگی کرنے والا ڈھانچہ پہلے مجوزہ تعامل کے لیے سب سے زیادہ رد عمل ہے۔
PVA trimer اور NaAlg dimer کے درمیان دوسرے تعامل کے موڈ کے لیے، نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ ان کے چارجز پہلے تعامل کے لیے پچھلے حصے میں تجویز کیے گئے چارجز سے ملتے جلتے ہیں۔ تمام ڈھانچے میں صفر الیکٹرانک چارج ہے، جس کا مطلب ہے کہ وہ تمام زمینی حالت میں ہیں۔
جیسا کہ جدول 4 میں دکھایا گیا ہے، ٹرم 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg کی TDM قدریں (PM6 سطح پر شمار کی جاتی ہیں) 11.581 Debye سے بڑھ کر 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, and 15.515g Alg Na Alg جب Term 15.517. 3PVA-Mid 1 Na Alg نے 1, 2, 3, 4, 5, اور 6 یونٹس گلیسرول کے ساتھ رد عمل ظاہر کیا۔ تاہم، کل توانائی گلیسرول یونٹس کی تعداد میں اضافے کے ساتھ کم ہوتی ہے، اور جب اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg گلیسرول یونٹس کی ایک مخصوص تعداد (1 سے 6) کے ساتھ تعامل کرتی ہے، تو کل توانائی −996.985, −1129.013, −126,77−126,7. بالترتیب 1418.964، اور −1637.432 eV۔
دوسرے تعامل کے امکان کے لیے، آئی پی، لاگ پی اور پولرائزیبلٹی کو بھی تھیوری کی PM6 سطح پر شمار کیا جاتا ہے۔ لہذا، انہوں نے مالیکیولر ری ایکٹیویٹی کے تین سب سے طاقتور وضاحت کنندگان پر غور کیا۔ End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg کی نمائندگی کرنے والے ڈھانچے کے لیے جو 1, 2, 3, 4, 5 اور 6 گلیسرول اکائیوں کے ساتھ تعامل کرتے ہیں، IP −9.385 eV سے −8.946، −8.848، −8.430، −9.5737.9.9.7.9 اور −8.430 تک بڑھ جاتا ہے۔ تاہم، گلائیسرول کے ساتھ End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg کی پلاسٹکائزیشن کی وجہ سے حسابی لاگ P کی قدر کم تھی۔ جیسے جیسے گلیسرول کا مواد 1 سے 6 تک بڑھتا ہے، اس کی قدریں -3.643 کے بجائے -5.334، -6.415، -7.496، -9.096، -9.861 اور -10.53 ہوجاتی ہیں۔ آخر میں، پولرائزیبلٹی ڈیٹا نے ظاہر کیا کہ گلیسرول کے مواد میں اضافہ کے نتیجے میں ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg کی پولرائزیبلٹی میں اضافہ ہوا۔ ماڈل مالیکیول ٹرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg کی پولرائزیبلٹی 6 ​​گلیسرول اکائیوں کے ساتھ تعامل کے بعد 31.703 Å سے بڑھ کر 63.198 Å ہو گئی۔ یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ دوسرے تعامل کے امکان میں گلیسرول یونٹس کی تعداد میں اضافہ اس بات کی تصدیق کے لیے کیا جاتا ہے کہ ایٹموں کی بڑی تعداد اور پیچیدہ ساخت کے باوجود، گلیسرول کے مواد میں اضافے کے ساتھ کارکردگی اب بھی بہتر ہے۔ اس طرح، یہ کہا جا سکتا ہے کہ دستیاب PVA/Na Alg/glycerin ماڈل جزوی طور پر لتیم آئن بیٹریوں کی جگہ لے سکتا ہے، لیکن مزید تحقیق اور ترقی کی ضرورت ہے۔
کسی سطح کی adsorbate کے لیے پابند کرنے کی صلاحیت کو نمایاں کرنے اور نظاموں کے درمیان منفرد تعاملات کا جائزہ لینے کے لیے کسی بھی دو ایٹموں کے درمیان موجود بانڈ کی قسم، بین سالماتی اور intramolecular تعاملات کی پیچیدگی، اور سطح کی الیکٹران کثافت کی تقسیم اور جاذب کی ضرورت ہوتی ہے۔ بات چیت کرنے والے ایٹموں کے درمیان بانڈ کریٹیکل پوائنٹ (BCP) پر الیکٹران کی کثافت QTAIM تجزیہ میں بانڈ کی طاقت کا اندازہ لگانے کے لیے اہم ہے۔ الیکٹران چارج کثافت جتنی زیادہ ہوگی، ہم آہنگی کا تعامل اتنا ہی زیادہ مستحکم ہوگا اور عام طور پر، ان اہم مقامات پر الیکٹران کی کثافت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ مزید برآں، اگر کل الیکٹران توانائی کی کثافت (H(r)) اور Laplace چارج کثافت (∇2ρ(r)) دونوں 0 سے کم ہیں، تو یہ ہم آہنگی (عام) تعاملات کی موجودگی کی نشاندہی کرتا ہے۔ دوسری طرف، جب ∇2ρ(r) اور H(r) 0.54 سے زیادہ ہوتے ہیں، تو یہ غیر ہم آہنگی (بند شیل) تعاملات کی موجودگی کی نشاندہی کرتا ہے جیسے کہ کمزور ہائیڈروجن بانڈز، وین ڈیر والز فورسز اور الیکٹرو سٹیٹک تعاملات۔ QTAIM تجزیہ نے مطالعہ شدہ ڈھانچے میں غیر ہم آہنگی کے تعامل کی نوعیت کا انکشاف کیا جیسا کہ اعداد و شمار 7 اور 8 میں دکھایا گیا ہے۔ تجزیہ کی بنیاد پر، 3PVA - 2Na Alg اور اصطلاح 1 Na Alg - 3PVA -Mid 1 Na Alg کی نمائندگی کرنے والے ماڈل کے مالیکیولز نے molec کے ساتھ تعامل کرنے والی اکائیوں کے مقابلے میں زیادہ استحکام ظاہر کیا۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ متعدد غیر ہم آہنگی کے تعاملات جو الجنیٹ ڈھانچے میں زیادہ پائے جاتے ہیں جیسے الیکٹرو اسٹاٹک تعاملات اور ہائیڈروجن بانڈز الجنیٹ کو مرکبات کو مستحکم کرنے کے قابل بناتے ہیں۔ مزید برآں، ہمارے نتائج 3PVA − 2Na Alg اور ٹرم 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg ماڈل مالیکیولز اور گلائسین کے درمیان غیر ہم آہنگی کے تعامل کی اہمیت کو ظاہر کرتے ہیں، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ گلیسین کامپوزیٹ کے مجموعی الیکٹرانک ماحول کو تبدیل کرنے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔
ماڈل مالیکیول 3PVA − 2NaAlg کا QTAIM تجزیہ جو (a) 0 Gly، (b) 1 Gly، (c) 2 Gly، (d) 3 Gly، (e) 4 Gly، اور (f) 5Gly کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔