奈米添加物對微乳液滴靜電特性的影響–蒙地卡羅模擬法

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研究生：	倪玉梅 Yu-Mei Ni
論文名稱：	奈米添加物對微乳液滴靜電特性的影響–蒙地卡羅模擬法
指導教授：	曹恒光 Heng-Kwong Tsao
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程與材料工程學系 Department of Chemical & Materials Engineering
畢業學年度：	89
語文別：	中文
論文頁數：	66
中文關鍵詞：	蒙地卡羅、靜電作用、微乳液、奈米粒子、模擬
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微乳液滴是由水、油、和界面活性劑三成份所形成的熱力學穩定系統，除了應用於傳統工業（如原油開採、清洗程序、萃取），目前也被廣泛地應用在生化科技（蛋白質的分離純化），或奈米粒子的合成。這些近年來的應用都涉及微粒子存在於微乳液滴中。一般認為，添加粒子會改變微乳液的微觀結構，使其物理性質改變。本篇論文的目的即是要探討奈米添加物對微乳液滴靜電特性的影響。
藉由解算卜松方程式，微乳液滴內部的電場分佈可求得。再利用蒙地卡羅模擬方法取樣，我們可得到微乳液滴的熱力學平衡結構。除了求算離子濃度分佈、微粒子的位置機率分佈、及個別的平均位置等性質來說明微觀結構外，我們還透過計算系統的平均平方電偶極，來研究微乳液滴內離子與粒子的擾動特性。平均平方電偶極即類似凡得瓦力，代表液滴與液滴間作用力的大小。
在添加不帶電粒子時，離子的平均位置會較往液滴表面移動。與無相反離子存在時相比較，不帶電微粒子因受電場作用的影響，其平均位置更往液滴中心移動。此時，平均電位能降低，而平均平方電偶極則些微上升。隨著添加微粒子粒徑的增加，上述的現象更為顯著。
當添加的粒子帶有電荷時，電偶極（p2）包含了相反離子的貢獻
（pc2）、奈米粒子的貢獻（pp2）、及相反離子和奈米粒子耦合的貢獻（pc．pp），此時不論添加的粒子帶正或負電，都使平均平方偶極矩顯著上升。但離子與微粒子的平均位置改變不大。當奈米粒子帶負電時，相反離子和奈米粒子形成正耦合但不明顯，平均平方電偶極的增加主要來自奈米粒子貢獻的平均平方電偶極（pp2）。當添加的粒子帶正電時，相反離子和奈米粒子產生強烈的負耦合作用；相對於添加帶正電奈米粒子的情況，此時微液滴內的離子分佈較不對稱，使其平均平方電偶極的貢獻（pc2）增加約一倍。

目錄
中文摘要
第一章緒論與文獻回顧 1
第二章微乳液系統與理論介紹 4
2–1 微乳液系統 4
2–2 理論介紹 8
2–2–1 卜松–波滋曼方程式
（Poisson-Boltzmann Equation） 9
2–2–2 電雙層（electrical double layer）理論 13
2–2–3 介電常數（dielectric constant） 15
第三章模擬方法 17
3–1 分子模擬 17
3–2 模擬系統 18
3–3 蒙地卡羅模擬（Monte Carlo Simulation） 20
3–4 模擬程式的架構 23
3–5 引用代號說明 25
第四章結果與討論 28
4–1 無外加粒子 28
4–2 添加不帶電粒子對微液滴的影響 29
4–2–1 添加粒子與相反離子的相互作用 29
4–2–2 固定添加粒子所產生的電偶極 32
4–3 添加帶電粒子對微小液滴的影響 33
4–3–1 粒子的平均位置 33
4–3–2 平均平方電偶極 34
4–3–3 蒙地卡羅模擬與卜松–波滋曼方程式
數值解的比較 36
第五章結論與未來方向 53
參考文獻 55
圖目錄
圖2–1 界面活性基本結構的示意圖 4
圖2–2 各種物性與臨界微胞濃度（c.m.c）之關係 6
圖2–3 界面活性劑在溶液中各種可能的聚集結構 6
圖2–4（a） 水滴分散在油中的微乳液 7
圖2–4（b） 油滴分散在水中的微乳液 7
圖2–5 相反離子在兩帶電板中的情形 14
圖2–6 微乳液滴示意圖 14
圖3–1 存在機率密度函數 22
圖3–2 Metropolis Monte Carlo. 22
圖4–1 distribution of counterions(zc= +1) 38
圖4–2 distribution of counterions(zc= +2) 39
圖4–3 mean square dipole moment 40
圖4–4 effect of particle size on distribution
of counterions 41
圖4–5 effect of particle size on mean counterions
position 42
圖4–6 effect of particle size on distribution
of particle added 43
圖4–7 effect of counterions and particle size
on mean particle position 44
圖4–8 effect of counterions ans particle size
on mean square dipole moment 45
圖4–9 effect of counterions and particle size
on internal energy 46
圖4–10 permanent dipole moment 47
圖4–11 effect of particle valency on mean
counterions position 48
圖4–12 effect of particle valency on mean
particle position 49
圖4–13 effect of particle valency on mean
square dipole moment 50
圖4–14 effect of counterions on mean square
dipole moment 51
圖4–15 P–B Equation數值解 52
表目錄
表4–1 奈米粒子帶電量對平均平方電偶極的影響 34
表4–2 帶電量與平均平方電偶極
（Rc = 20，N c = 50，λ＝0.375） 37

                                

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