nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS ярдәме чикләнгән. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без браузерның соңгы версиясен кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерергә). Моннан тыш, ярдәмне дәвам итү өчен, бу сайтта стильләр яки JavaScript булмаячак.
Натрий ресурсының күп булуы аркасында, натрий-ион батареялары (NIB) электрохимик энергия саклау өчен өметле альтернатив чишелеш булып тора. Хәзерге вакытта NIB технологиясен үстерүдәге төп киртә - натрий ионнарын озак вакыт кире кайтарып саклый/аерып җибәрә алырлык электрод материаллары булмау. Шуңа күрә, бу тикшеренүнең максаты - NIB электрод материаллары буларак поливинил спирты (PVA) һәм натрий альгинаты (NaAlg) катнашмаларына глицерин өстәүнең йогынтысын теоретик яктан тикшерү. Бу тикшеренү PVA, натрий альгинаты һәм глицерин катнашмаларына нигезләнгән полимер электролитларының электрон, җылылык һәм сан структура-активлык бәйләнеше (QSAR) дескрипторларына юнәлтелгән. Бу үзлекләр ярымэмпирик ысуллар һәм тыгызлык функциональ теориясе (DFT) ярдәмендә тикшерелә. Структура анализы PVA/альгинат һәм глицерин арасындагы үзара бәйләнешләрнең нечкәлекләрен ачыклаганлыктан, зона аралыгы энергиясе (Eg) тикшерелде. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, глицерин өстәү Eg кыйммәтенең 0,2814 эВ кадәр кимүенә китерә. Молекуляр электростатик потенциал өслеге (MESP) бөтен электролит системасында электронга бай һәм электронга ярлы өлкәләрнең һәм молекуляр зарядларның бүленешен күрсәтә. Өйрәнелгән җылылык параметрларына энтальпия (H), энтропия (ΔS), җылылык сыйдырышлыгы (Cp), Гиббсның ирекле энергиясе (G) һәм формалашу җылылыгы керә. Моннан тыш, бу тикшеренүдә гомуми диполь моменты (TDM), гомуми энергия (E), ионлашу потенциалы (IP), Log P һәм поляризацияләнүчәнлек кебек берничә санлы структура-активлык бәйләнеше (QSAR) дескрипторлары тикшерелде. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, H, ΔS, Cp, G һәм TDM температура һәм глицерин күләме арткан саен арта. Шул ук вакытта формалашу җылылыгы, IP һәм E кимеде, бу реактивлыкны һәм поляризацияләнүчәнлекне яхшыртты. Моннан тыш, глицерин өстәү белән күзәнәк көчәнеше 2,488 В га кадәр артты. PVA/Na Alg глицерин нигезендәге электролитларга нигезләнгән DFT һәм PM6 исәпләүләре аларның күп функцияле булулары аркасында литий-ион батареяларын өлешчә алыштыра алуларын күрсәтә, ләкин алга таба яхшыртулар һәм тикшеренүләр кирәк.
Литий-ионлы батареялар (ЛИБ) киң кулланылса да, аларның кыска цикллы гомере, югары бәясе һәм куркынычсызлык мәсьәләләре аркасында кулланылышы күп чикләүләр белән очраша. Натрий-ионлы батареялар (СИБ) киң кулланылышы, арзан бәясе һәм натрий элементының токсик булмавы аркасында ЛИБларга яраклы альтернатива булып китәргә мөмкин. Натрий-ионлы батареялар (СИБ) электрохимик җайланмалар өчен энергия саклау системасының мөһимлегенә әйләнә бара1. Натрий-ионлы батареялар ионнар ташуны җиңеләйтү һәм электр тогы булдыру өчен электролитларга нык таяна2,3. Сыек электролитлар, нигездә, металл тозларыннан һәм органик эреткечләрдән тора. Гамәли кулланылыш сыек электролитларның куркынычсызлыгын җентекләп карауны таләп итә, бигрәк тә батарея җылылык яки электр көчәнешенә дучар булганда4.
Натрий-ион батареялары (SIB) якын киләчәктә литий-ион батареяларын алыштырыр дип көтелә, чөнки аларның океандагы күп запаслары, токсик булмавы һәм материалларның түбән бәясе бар. Наноматериаллар синтезы мәгълүмат саклау, электрон һәм оптик җайланмалар үсешен тизләтте. Күп санлы әдәбият натрий-ион батареяларында төрле наноструктураларның (мәсәлән, металл оксидлары, графен, нанотөрбәләр һәм фуллереннар) кулланылуын күрсәтте. Тикшеренүләр натрий-ион батареялары өчен анод материалларын, шул исәптән полимерларны, күпкырлылыгы һәм экологик яктан чиста булуы аркасында эшләүгә юнәлтелгән. Кабат зарядлана торган полимер батареялар өлкәсендәге тикшеренүләргә кызыксыну, һичшиксез, артачак. Уникаль структураларга һәм үзенчәлекләргә ия яңа полимер электрод материаллары экологик яктан чиста энергия саклау технологияләренә юл ачарга мөмкин. Натрий-ион батареяларында куллану өчен төрле полимер электрод материаллары өйрәнелсә дә, бу өлкә әле үсешнең башлангыч этабында. Натрий-ион батареялары өчен төрле структура конфигурацияләренә ия күбрәк полимер материалларны өйрәнергә кирәк. Полимер электрод материалларында натрий ионнарын саклау механизмы турындагы хәзерге белемнәребезгә нигезләнеп, конъюгацияләнгән системадагы карбонил төркемнәре, ирекле радикаллар һәм гетероатомнар натрий ионнары белән үзара бәйләнеш өчен актив үзәкләр булып хезмәт итә ала дигән гипотеза ясарга мөмкин. Шуңа күрә бу актив үзәкләрнең югары тыгызлыгы булган яңа полимерлар эшләү бик мөһим. Гель-полимер электролиты (GPE) - батареяның ышанычлылыгын, ион үткәрүчәнлеген, агып чыгу булмавын, югары сыгылмалылыгын һәм яхшы эшчәнлекне яхшыртучы альтернатив технология12.
Полимер матрицаларына PVA һәм полиэтилен оксиды (PEO) кебек материаллар керә13. Гель үткәрүчән полимер (GPE) полимер матрицасындагы сыек электролитты иммобилизацияли, бу коммерция сепараторлары белән чагыштырганда агып чыгу куркынычын киметә14. PVA - синтетик биологик таркала торган полимер. Ул югары үткәрүчәнлеккә ия, арзан һәм токсик түгел. Материал пленка формалаштыру үзенчәлекләре, химик тотрыклылыгы һәм адгезиясе белән билгеле. Ул шулай ук ​​функциональ (OH) төркемнәргә һәм югары аркылы бәйләнеш потенциалы тыгызлыгына ия15,16,17. Полимер кушу, пластификатор өстәү, композит өстәү һәм урынында полимерлаштыру ысуллары PVA нигезендәге полимер электролитларының үткәрүчәнлеген яхшырту өчен матрица кристалллыгын киметү һәм чылбырның сыгылучанлыгын арттыру өчен кулланылган18,19,20.
Катнаштыру - сәнәгать кушымталары өчен полимер материаллар эшләүнең мөһим ысулы. Полимер катнашмалары еш кына түбәндәге максатларда кулланыла: (1) сәнәгать кушымталарында табигый полимерларның эшкәртү үзлекләрен яхшырту; (2) биологик яктан таркала торган материалларның химик, физик һәм механик үзлекләрен яхшырту; һәм (3) азык-төлек төрү сәнәгатендә яңа материалларга тиз үзгәрүче ихтыяҗга җайлашу. Сополимерлаштырудан аермалы буларак, полимер катнаштыру - теләгән үзлекләргә ирешү өчен катлаулы химик процесслар урынына гади физик процесслар кулланучы арзанлы процесс21. Гомополимерлар формалаштыру өчен төрле полимерлар диполь-диполь көчләре, водород бәйләнешләре яки заряд күчерү комплекслары22,23 аша үзара бәйләнештә була ала. Табигый һәм синтетик полимерлардан ясалган катнашмалар яхшы биосыйнышучанлыкны бик яхшы механик үзлекләр белән берләштерә ала, түбән җитештерү чыгымнары белән югары сыйфатлы материал булдыра24,25. Шуңа күрә синтетик һәм табигый полимерларны кушып, биоәһәмиятле полимер материаллар булдыруга зур кызыксыну бар. ПВА натрий альгинаты (NaAlg), целлюлоза, хитозан һәм крахмал26 белән берләштерелергә мөмкин.
Натрий альгинаты - диңгез көрән суүсемнәреннән алынган табигый полимер һәм анион полисахариды. Натрий альгинаты β-(1-4) белән бәйләнгән D-маннурон кислотасыннан (M) һәм α-(1-4) белән бәйләнгән L-гулурон кислотасыннан (G) тора, алар гомополимер формаларга (поли-M һәм поли-G) һәм гетерополимер блокларга (MG яки GM) бүленгән27. M һәм G блокларының эчтәлеге һәм чагыштырма нисбәте альгинатның химик һәм физик үзлекләренә зур йогынты ясый28,29. Натрий альгинаты биотаркалучанлыгы, биосыйныфлылыгы, арзанлыгы, яхшы пленка формалаштыру үзлекләре һәм токсик булмавы аркасында киң кулланыла һәм өйрәнелә. Ләкин альгинат чылбырында күп санлы ирекле гидроксил (OH) һәм карбоксилат (COO) төркемнәре альгинатны бик гидрофиль итә. Ләкин альгинатның сынучанлыгы һәм катылыгы аркасында механик үзлекләре начар. Шуңа күрә альгинатны суга сизгерлекне һәм механик үзлекләрне яхшырту өчен башка синтетик материаллар белән берләштерергә мөмкин30,31.
Яңа электрод материалларын проектлау алдыннан, яңа материалларның җитештерү мөмкинлеген бәяләү өчен еш кына DFT исәпләүләре кулланыла. Моннан тыш, галимнәр эксперименталь нәтиҗәләрне раслау һәм фаразлау, вакытны янга калдыру, химик калдыкларны киметү һәм үзара бәйләнеш тәртибен фаразлау өчен молекуляр модельләштерүне кулланалар32. Молекуляр модельләштерү күп өлкәләрдә, шул исәптән материаллар фәне, наноматериаллар, исәпләү химиясе һәм дарулар ачуда көчле һәм мөһим фән тармагына әйләнде33,34. Модельләштерү программаларын кулланып, галимнәр молекуляр мәгълүматларны турыдан-туры ала алалар, шул исәптән энергия (фазалану җылылыгы, ионлашу потенциалы, активлаштыру энергиясе һ.б.) һәм геометрия (бәйләнеш почмаклары, бәйләнеш озынлыгы һәм борылу почмаклары)35. Моннан тыш, электрон үзлекләрне (заряд, HOMO һәм LUMO зона аралыгы энергиясе, электронга якынлык), спектр үзлекләрен (характеристик тибрәнү режимнары һәм интенсивлыклары, мәсәлән, FTIR спектрлары) һәм күләм үзлекләрен (күләм, диффузия, ябышлык, модуль һ.б.)36 исәпләп була.
LiNiPO4 югары энергия тыгызлыгы аркасында (эш көчәнеше якынча 5,1 В) литий-ион батареясы уңай электрод материаллары белән көндәшлектә потенциаль өстенлекләр күрсәтә. LiNiPO4 өстенлеген югары көчәнешле өлкәдә тулысынча файдалану өчен, эш көчәнешен киметергә кирәк, чөнки хәзерге вакытта эшләнгән югары көчәнешле электролит 4,8 В тан түбән көчәнешләрдә генә чагыштырмача тотрыклы булып кала ала. Чжан һ.б. LiNiPO4ның Ni урынындагы барлык 3d, 4d һәм 5d күчеш металларының легирлавын тикшерделәр, электрохимик күрсәткечләре бик яхшы булган легирлау үрнәкләрен сайладылар һәм электрохимик күрсәткечләренең чагыштырмача тотрыклылыгын саклап калып, LiNiPO4 эш көчәнешен көйләделәр. Алар алган иң түбән эш көчәнешләре Ti, Nb һәм Ta белән легирланган LiNiPO4 өчен 4,21, 3,76 һәм 3,5037 иде.
Шуңа күрә, бу тикшеренүнең максаты - глицеринның пластификатор буларак PVA/NaAlg системасының электрон үзлекләренә, QSAR дескрипторларына һәм термик үзлекләренә йогынтысын квант-механик исәпләүләр ярдәмендә кабат зарядлана торган ион-ион батареяларында куллану өчен теоретик яктан тикшерү. PVA/NaAlg моделе һәм глицерин арасындагы молекуляр үзара бәйләнешләр Бадерның молекулаларның квант атом теориясе (QTAIM) ярдәмендә анализланды.
PVA-ның NaAlg белән, аннары глицерин белән үзара бәйләнешен күрсәтүче молекула моделе DFT ярдәмендә оптимальләштерелде. Модель Мисырның Каһирә шәһәрендәге Милли тикшеренүләр үзәгенең Спектроскопия бүлегендә Gaussian 0938 программасы ярдәмендә исәпләнде. Модельләр B3LYP/6-311G(d, p) дәрәҗәсендә DFT ярдәмендә оптимальләштерелде39,40,41,42. Өйрәнелгән модельләр арасындагы үзара бәйләнешне тикшерү өчен, бер үк теория дәрәҗәсендә үткәрелгән ешлык тикшеренүләре оптимальләштерелгән геометриянең тотрыклылыгын күрсәтә. Бәяләнгән барлык ешлыклар арасында тискәре ешлыкларның булмавы потенциаль энергия өслегендәге чын уңай минимумнардагы фаразланган структураны күрсәтә. TDM, HOMO/LUMO зона аралыгы энергиясе һәм MESP кебек физик параметрлар бер үк квант механик теория дәрәҗәсендә исәпләнде. Моннан тыш, 1 нче таблицада бирелгән формулалар ярдәмендә формалашуның соңгы җылылыгы, ирекле энергия, энтропия, энтальпия һәм җылылык сыйдырышлыгы кебек кайбер җылылык параметрлары исәпләнде. Өйрәнелгән модельләр өйрәнелгән структуралар өслегендә барлыкка килгән үзара бәйләнешләрне ачыклау өчен молекулалардагы атомнарның квант теориясе (QTAIM) анализына дучар ителде. Бу исәпләүләр Gaussian 09 программа кодындагы "output=wfn" командасы ярдәмендә башкарылды, аннары Avogadro программа кодын кулланып күрсәтелде43.
Монда E - эчке энергия, P - басым, V - күләм, Q - система һәм аның мохите арасындагы җылылык алмашу, T - температура, ΔH - энтальпия үзгәреше, ΔG - ирекле энергия үзгәреше, ΔS - энтропия үзгәреше, a һәм b - тибрәнү параметрлары, q - атом заряды, ә C - атом электрон тыгызлыгы44,45. Ниһаять, шул ук структуралар оптимальләштерелде һәм QSAR параметрлары Мисырның Каһирә шәһәрендәге Милли тикшеренү үзәгенең Спектроскопия бүлегендә SCIGRESS программа коды46 кулланып PM6 дәрәҗәсендә исәпләнде.
Алдагы эшебездә47 без өч PVA берәмлегенең ике NaAlg берәмлеге белән үзара бәйләнешен сурәтләүче иң ихтимал модельне бәяләдек, глицерин пластификатор булып эшли. Югарыда әйтелгәнчә, PVA һәм NaAlg үзара бәйләнеше өчен ике мөмкинлек бар. 3PVA-2Na Alg (10 нчы углерод санына нигезләнгән) һәм 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg дип билгеләнгән ике модель, каралган башка структуралар белән чагыштырганда, иң кечкенә энергия аермасы кыйммәтенә ия48. Шуңа күрә, PVA/Na Alg катнашмасы полимерының иң ихтимал моделенә Gly өстәүнең йогынтысы соңгы ике структура ярдәмендә тикшерелде: 3PVA-(C10)2Na Alg (гадиләштерү өчен 3PVA-2Na Alg дип атала) һәм 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Әдәбият мәгълүматлары буенча, PVA, NaAlg һәм глицерин гидроксил функциональ төркемнәре арасында зәгыйфь водород бәйләнешләре генә барлыкка китерә ала. PVA тримеры да, NaAlg һәм глицерин димеры да берничә OH төркемен үз эченә алганлыктан, контакт OH төркемнәренең берсе аша гамәлгә ашырылырга мөмкин. 1 нче рәсемдә модель глицерин молекуласы һәм 3PVA-2Na Alg модель молекуласы арасындагы үзара бәйләнеш күрсәтелгән, ә 2 нче рәсемдә Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg модель молекуласы һәм төрле концентрациядәге глицерин арасындагы үзара бәйләнешнең төзелгән моделе күрсәтелгән.
Оптимальләштерелгән структуралар: (a) Gly һәм 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly һәм (f) 5 Gly белән үзара бәйләнештә торалар.
1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg терминының (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly һәм (f) 6 Gly белән үзара бәйләнештә торучы оптимальләштерелгән структуралары.
Электрон зона аралыгы энергиясе - теләсә нинди электрод материалының реактивлыгын өйрәнгәндә исәпкә алынырга тиешле мөһим параметр. Чөнки ул материал тышкы үзгәрешләргә дучар булганда электроннарның үз-үзен тотышын сурәтли. Шуңа күрә, өйрәнелгән барлык структуралар өчен HOMO/LUMO электрон зона аралыгы энергияләрен бәяләү кирәк. 2 нче таблицада глицерин өстәү аркасында 3PVA-(C10)2Na Alg һәм Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg HOMO/LUMO энергияләренең үзгәрүе күрсәтелгән. 47 нче сылтама буенча, 3PVA-(C10)2Na Alg ның Eg кыйммәте 0,2908 эВ, ә икенче үзара тәэсир итешү ихтималын чагылдыручы структураның Eg кыйммәте (ягъни Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0,5706 эВ тәшкил итә.
Шулай да, глицерин өстәү 3PVA-(C10)2Na Alg Eg кыйммәтендә бераз үзгәреш китерде. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 һәм 5 глицерин берәмлеге белән үзара бәйләнештә булганда, аның Eg кыйммәтләре 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 һәм 0,281 эВ тәшкил итте. Шулай да, 3 глицерин берәмлеген өстәгәннән соң, Eg кыйммәте 3PVA-(C10)2Na Alg ныкыннан кечерәк булуы турында кыйммәтле фикер бар. 3PVA-(C10)2Na Alg ның биш глицерин берәмлеге белән үзара бәйләнешен күрсәтүче модель иң ихтимал үзара бәйләнеш моделе булып тора. Бу глицерин берәмлекләре саны арткан саен, үзара бәйләнеш ихтималы да арта дигәнне аңлата.
Шул ук вакытта, үзара бәйләнешнең икенче ихтималы өчен, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly һәм 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly модель молекулаларының HOMO/LUMO энергияләре тиешенчә 1,343, 1,347, 0,976, 0,607, 0,348 һәм 0,496 эВ тәшкил итә. 2 нче таблицада барлык структуралар өчен исәпләнгән HOMO/LUMO зона аралыгы энергияләре күрсәтелгән. Моннан тыш, беренче төркемнең үзара бәйләнеш ихтималлыкларының шул ук тәртибе монда кабатлана.
Каты җисем физикасындагы зона теориясе буенча, электрод материалының зона аралыгы кимегән саен, материалның электрон үткәрүчәнлеге арта. Допинг - натрий-ион катод материалларының зона аралыгын киметүнең киң таралган ысулы. Цзян һ.б. β-NaMnO2 катламлы материалларының электрон үткәрүчәнлеген яхшырту өчен Cu допингын кулланганнар. DFT исәпләүләрен кулланып, алар допинг материалның зона аралыгын 0,7 эВ тан 0,3 эВ ка кадәр киметүен ачыкладылар. Бу Cu допингының β-NaMnO2 материалының электрон үткәрүчәнлеген яхшыртуын күрсәтә.
MESP молекуляр заряд бүленеше һәм бер уңай заряд арасындагы үзара бәйләнеш энергиясе буларак билгеләнә. MESP химик үзлекләрне һәм реактивлыкны аңлау һәм аңлату өчен нәтиҗәле корал дип санала. MESP полимер материаллар арасындагы үзара бәйләнеш механизмнарын аңлау өчен кулланылырга мөмкин. MESP өйрәнелә торган кушылма эчендәге заряд бүленешен тасвирлый. Моннан тыш, MESP өйрәнелә торган материаллардагы актив үзәкләр турында мәгълүмат бирә32. 3 нче рәсемдә B3LYP/6-311G(d, p) теория дәрәҗәсендә фаразланган 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly һәм 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly MESP графиклары күрсәтелгән.
MESP контурлары (a) Gly һәм 3PVA − 2Na Alg өчен B3LYP/6-311 g(d, p) белән исәпләнгән, алар (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly һәм (f) 5 Gly белән үзара бәйләнештә тора.
Шул ук вакытта, 4 нче рәсемдә 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg-1Gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly һәм 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly өчен MESP исәпләнгән нәтиҗәләре күрсәтелгән. Исәпләнгән MESP контур тәртибе буларак күрсәтелә. Контур сызыклары төрле төсләр белән күрсәтелә. Һәр төс төрле электртискәрелекне күрсәтә. Кызыл төс югары электронтискәре яки реактив урыннарны күрсәтә. Шул ук вакытта, сары төс структурадагы 49, 50, 51 нейтраль урыннарны күрсәтә. MESP нәтиҗәләре күрсәткәнчә, 3PVA-(C10)2Na Alg реактивлыгы өйрәнелгән модельләр тирәсендә кызыл төс арткан саен арткан. Шул ук вакытта, төрле глицерин эчтәлеге белән үзара бәйләнеш аркасында 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg моделе молекуласының MESP картасындагы кызыл төс интенсивлыгы кими. Тәкъдим ителгән структура тирәсендә кызыл төс таралышындагы үзгәреш реактивлыкны чагылдыра, ә интенсивлыкның артуы глицерин эчтәлеге артканлыктан 3PVA-(C10)2Na Alg моделе молекуласының электртискәрелегенең артуын раслый.
B3LYP/6-311 g(d, p) исәпләнгән MESP термины 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg белән (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly һәм (f) 6 Gly белән үзара бәйләнештә тора.
Тәкъдим ителгән барлык структураларның да энтальпия, энтропия, җылылык сыйдырышлыгы, ирекле энергия һәм формалашу җылылыгы кебек җылылык параметрлары 200 К дан 500 К га кадәр төрле температураларда исәпләнгән. Физик системаларның үз-үзен тотышын тасвирлау өчен, аларның электрон үз-үзен тотышын өйрәнүдән тыш, аларның бер-берсе белән үзара бәйләнеше аркасында температура функциясе буларак җылылык үз-үзен тотышын да өйрәнү кирәк, моны 1 нче таблицада китерелгән тигезләмәләр ярдәмендә исәпләп була. Бу җылылык параметрларын өйрәнү мондый физик системаларның төрле температураларда җавап бирүчәнлеге һәм тотрыклылыгының мөһим күрсәткече булып санала.
ПВА тримерының энтальпиясенә килгәндә, ул башта NaAlg димеры белән, аннары 10 нчы углерод атомына беркетелгән OH төркеме аша һәм, ниһаять, глицерин белән реакциягә керә. Энтальпия - термодинамик системадагы энергия үлчәме. Энтальпия системадагы гомуми җылылыкка тигез, ул системаның эчке энергиясенә аның күләме һәм басымы тапкырчыгышына тигез. Башкача әйткәндә, энтальпия матдәгә күпме җылылык һәм эш өстәлгәнен яки алынганын күрсәтә52.
5 нче рәсемдә 3PVA-(C10)2Na Alg төрле глицерин концентрацияләре белән реакция вакытында энтальпия үзгәрешләре күрсәтелгән. A0, A1, A2, A3, A4 һәм A5 кыскартулары 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 һәм 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly модель молекулаларын күрсәтә. 5а рәсемдә температура һәм глицерин күләме арткан саен энтальпиянең артачагы күрсәтелгән. 200 К температурада 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (ягъни A5) структурасының энтальпиясе 27,966 кал/моль тәшкил итә, ә 200 К температурада 3PVA-2NaAlg структурасының энтальпиясе 13,490 кал/моль тәшкил итә. Ниһаять, энтальпия уңай булганлыктан, бу реакция эндотермик.
Энтропия ябык термодинамик системада мөмкин булмаган энергиянең үлчәме буларак билгеләнә һәм еш кына системаның тәртипсезлегенең үлчәме буларак карала. 5b рәсемдә 3PVA-(C10)2NaAlg энтропиясенең температура белән үзгәреше һәм аның төрле глицерин берәмлекләре белән ничек үзара бәйләнеше күрсәтелгән. Графикта температура 200 К тан 500 К га кадәр артканда энтропиянең сызыклы рәвештә үзгәрүе күрсәтелгән. 5b рәсемдә 3PVA-(C10)2Na Alg моделенең энтропиясе 200 К температурада 200 кал/К/мольга ия булуы ачык күрсәтелгән, чөнки 3PVA-(C10)2Na Alg моделе решетка бозылуын азрак күрсәтә. Температура артканда, 3PVA-(C10)2Na Alg моделе тәртипсезләнә һәм температура артканда энтропиянең артуын аңлата. Моннан тыш, 3PVA-C10 2Na Alg-5Gly структурасы иң югары энтропия кыйммәтенә ия булуы ачык.
Шул ук хәл 5c рәсемдә дә күзәтелә, анда җылылык сыйдырышлыгының температура белән үзгәрүе күрсәтелгән. Җылылык сыйдырышлыгы - билгеле бер күләмдәге матдәнең температурасын 1 °C47 га үзгәртү өчен кирәкле җылылык күләме. 5c рәсемдә 1, 2, 3, 4 һәм 5 глицерин берәмлекләре белән үзара бәйләнеш аркасында 3PVA-(C10)2NaAlg модель молекуласының җылылык сыйдырышлыгының үзгәрүе күрсәтелгән. Рәсемдә 3PVA-(C10)2NaAlg моделенең җылылык сыйдырышлыгы температура белән сызыклы рәвештә арта дип күрсәтелгән. Температура арткан саен җылылык сыйдырышлыгының күзәтелгән артуы фонон җылылык тибрәнүләре белән бәйле. Моннан тыш, глицерин күләмен арттыру 3PVA-(C10)2NaAlg моделенең җылылык сыйдырышлыгының артуына китерә дигән дәлилләр бар. Моннан тыш, структура 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly башка структуралар белән чагыштырганда иң югары җылылык сыйдырышлыгына ия булуын күрсәтә.
Өйрәнелгән структуралар өчен ирекле энергия һәм формалашуның соңгы җылылыгы кебек башка параметрлар исәпләнде һәм алар 5d һәм e рәсемнәрендә күрсәтелгән. Формалашуның соңгы җылылыгы - даими басым астында саф матдә формалашу вакытында бүленеп чыккан яки йотылган җылылык. Ирекле энергияне энергиягә охшаш үзенчәлек дип билгеләргә мөмкин, ягъни аның кыйммәте һәр термодинамик халәттәге матдә күләменә бәйле. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly-ның ирекле энергиясе һәм формалашу җылылыгы иң түбән булган һәм тиешенчә -1318,338 һәм -1628,154 ккал/моль тәшкил иткән. Киресенчә, 3PVA-(C10)2NaAlg-ны күрсәтүче структура башка структуралар белән чагыштырганда иң югары ирекле энергия һәм формалашу җылылыгы кыйммәтләренә ия -690,340 һәм -830,673 ккал/моль. 5 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, глицерин белән үзара бәйләнеш аркасында төрле җылылык үзлекләре үзгәрә. Гиббсның ирекле энергиясе тискәре, бу тәкъдим ителгән структураның тотрыклы булуын күрсәтә.
PM6 саф 3PVA- (C10) 2Na Alg (A0 моделе), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (A1 моделе), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (A2 моделе), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (A3 моделе), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (A4 моделе) һәм 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (A5 моделе) җылылык параметрларын исәпләде, монда (а) - энтальпия, (b) энтропия, (c) җылылык сыйдырышлыгы, (d) ирекле энергия һәм (e) формалашу җылылыгы.
Икенче яктан, PVA тримеры һәм димер NaAlg арасындагы икенче үзара тәэсир итешү режимы PVA тример структурасындагы терминаль һәм урта OH төркемнәрендә барлыкка килә. Беренче төркемдәге кебек үк, җылылык параметрлары шул ук теория дәрәҗәсен кулланып исәпләнгән. 6a-e рәсемендә энтальпия, энтропия, җылылык сыйдырышлыгы, ирекле энергия һәм, ниһаять, формалашу җылылыгы вариацияләре күрсәтелгән. 6a-c рәсемнәрендә 1 нче Терминал NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg энтальпиясе, энтропиясе һәм җылылык сыйдырышлыгы 1, 2, 3, 4, 5 һәм 6 глицерин берәмлекләре белән үзара тәэсир итешкәндә беренче төркем белән бер үк үзенчәлек күрсәтүе күрсәтелгән. Моннан тыш, аларның кыйммәтләре температура арткан саен әкренләп арта. Моннан тыш, тәкъдим ителгән 1 нче Терминал NaAlg − 3PVA-Mid 1 NaAlg моделендә энтальпия, энтропия һәм җылылык сыйдырышлыгы кыйммәтләре глицерин күләме арткан саен арткан. B0, B1, B2, B3, B4, B5 һәм B6 кыскартулары түбәндәге структураларны күрсәтә: 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 һәм Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. 6а–в рәсемнәрендә күрсәтелгәнчә, глицерин берәмлекләре саны 1 дән 6 га кадәр арткан саен энтальпия, энтропия һәм җылылык сыйдырышлыгы кыйммәтләренең артачагы ачык күренә.
PM6 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (B0 моделе), 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (B1 моделе), 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (B2 моделе), 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (B3 моделе), 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (B4 моделе), 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (B5 моделе) һәм 1 нче Терминал Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (B6 моделе) саф җылылык параметрларын исәпләде, шул исәптән (а) энтальпия, (b) энтропия, (c) җылылык сыйдырышлыгы, (d) ирекле энергия һәм (e) формалашу җылылыгы.
Моннан тыш, 1 нче сыйныф Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg-6 Gly структурасы башка структуралар белән чагыштырганда энтальпия, энтропия һәм җылылык сыйдырышлыгының иң югары күрсәткечләренә ия. Алар арасында аларның күрсәткечләре 1 нче сыйныф Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly курсындагы 16,703 кал/моль, 257,990 кал/моль/К һәм 131,323 ккал/мольдан 1 нче сыйныф Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly курсындагы 33,223 кал/моль, 420,038 кал/моль/К һәм 275,923 ккал/мольга кадәр арткан.
Шулай да, 6d һәм e рәсемнәрендә ирекле энергиянең һәм формалашуның соңгы җылылыгының (HF) температурага бәйлелеге күрсәтелгән. HFны табигый һәм стандарт шартларда бер мол матдә аның элементларыннан формалашканда барлыкка килә торган энтальпия үзгәреше дип билгеләргә мөмкин. Рәсемнән күренгәнчә, өйрәнелгән барлык структураларның ирекле энергиясе һәм формалашуның соңгы җылылыгы температурага сызыклы бәйлелек күрсәтә, ягъни алар температура арткан саен әкренләп һәм сызыклы рәвештә арта. Моннан тыш, рәсем шулай ук ​​1 нче термин Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly ны күрсәтүче структураның иң түбән ирекле энергиягә һәм иң түбән HFка ия ​​булуын раслады. Ике параметр да 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly терминында -758,337 дән -899,741 К кал/моль га кадәр -1,476,591 һәм -1,828,523 К кал/моль га кадәр төште. Нәтиҗәләрдән күренгәнчә, HF глицерин берәмлекләре арткан саен кими. Бу функциональ төркемнәрнең артуы аркасында реактивлык та арта һәм шуңа күрә реакцияне башкару өчен азрак энергия кирәк дигән сүз. Бу пластиклаштырылган PVA/NaAlg югары реактивлыгы аркасында батареяларда кулланылырга мөмкин булуын раслый.
Гомумән алганда, температура йогынтысы ике төргә бүленә: түбән температура йогынтысы һәм югары температура йогынтысы. Түбән температура йогынтысы, нигездә, Гренландия, Канада һәм Россия кебек югары киңлекләрдә урнашкан илләрдә сизелә. Кышын бу урыннарда тышкы һава температурасы нуль градус Цельсийдан шактый түбән була. Литий-ион батареяларының гомер озынлыгына һәм эшчәнлегенә түбән температура тәэсир итә ала, бигрәк тә гибрид электр машиналарында, саф электр машиналарында һәм гибрид электр машиналарында кулланыла торганнарында. Космик сәяхәт - литий-ион батареяларын таләп итә торган тагын бер салкын мохит. Мәсәлән, Марста температура -120 градус Цельсийга кадәр төшәргә мөмкин, бу космик аппаратларда литий-ион батареяларын куллануга зур киртә тудыра. Түбән эш температурасы литий-ион батареяларының заряд тапшыру тизлеге һәм химик реакция активлыгы кимүенә китерергә мөмкин, нәтиҗәдә электрод эчендәге литий ионнарының диффузия тизлеге һәм электролиттагы ион үткәрүчәнлеге кими. Бу деградация энергия сыйдырышлыгы һәм куәте кимүенә, кайвакыт хәтта эшчәнлекнең кимүенә китерә53.
Югары температура эффекты киңрәк куллану мохитендә, шул исәптән югары һәм түбән температуралы мохиттә барлыкка килә, ә түбән температура эффекты, нигездә, түбән температуралы куллану мохитләре белән чикләнә. Түбән температура эффекты, нигездә, әйләнә-тирә мохит температурасы белән билгеләнә, ә югары температура эффекты гадәттә эшләү вакытында литий-ион батареясы эчендәге югары температура белән төгәлрәк бәйләнгән.
Литий-ионлы батареялар югары ток шартларында (тиз зарядлау һәм тиз разрядлауны кертеп) җылылык барлыкка китерә, бу эчке температураның күтәрелүенә китерә. Югары температурага дучар булу шулай ук ​​батареяның эшләвен начарайтырга мөмкин, шул исәптән сыйдырышлык һәм көч югалту. Гадәттә, югары температурада литий югалту һәм актив материалларның торгызылуы сыйдырышлык югалуга китерә, ә көч югалту эчке каршылык арту белән бәйле. Әгәр температура контрольдән чыкса, җылылык агып чыгуы барлыкка килә, бу кайбер очракларда үзеннән-үзе януга яки хәтта шартлауга китерергә мөмкин.
QSAR исәпләүләре - биологик активлык һәм кушылмаларның структураль үзлекләре арасындагы бәйләнешләрне ачыклау өчен кулланыла торган исәпләү яки математик модельләштерү ысулы. Барлык проектланган молекулалар оптимальләштерелде һәм кайбер QSAR үзлекләре PM6 дәрәҗәсендә исәпләнде. 3 нче таблицада исәпләнгән QSAR дескрипторларының кайберләре күрсәтелгән. Мондый дескрипторларга мисаллар - заряд, TDM, гомуми энергия (E), ионлашу потенциалы (IP), Log P һәм поляризацияләнүчәнлек (IP һәм Log P билгеләү формулалары өчен 1 нче таблицаны карагыз).
Исәпләү нәтиҗәләре күрсәткәнчә, өйрәнелгән барлык структураларның гомуми заряды нульгә тигез, чөнки алар төп хәлдә. Беренче үзара бәйләнеш ихтималы өчен, 3PVA-(C10) 2Na Alg өчен глицеринның TDM 2,788 Debye һәм 6,840 Debye тәшкил иткән, ә 3PVA-(C10) 2Na Alg 1, 2, 3, 4 һәм 5 берәмлек глицерин белән үзара бәйләнештә булганда, TDM кыйммәтләре 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,568 Debye һәм 12,779 Debye кадәр арттырылган. TDM кыйммәте югарырак булган саен, аның әйләнә-тирә мохит белән реактивлыгы да югарырак була.
Гомуми энергия (E) дә исәпләнде, һәм глицерин һәм 3PVA-(C10)2 NaAlg E кыйммәтләре -141,833 эВ һәм -200092,503 эВ булып чыкты. Шул ук вакытта, 3PVA-(C10)2 NaAlg ны күрсәтүче структуралар 1, 2, 3, 4 һәм 5 глицерин берәмлеге белән үзара бәйләнештә була; E -996,837, -1108,440, -1238,740, -1372,075 һәм -1548,031 эВ була. Глицерин күләмен арттыру гомуми энергиянең кимүенә һәм шуңа күрә реактивлыкның артуына китерә. Гомуми энергия исәпләүләренә нигезләнеп, 3PVA-2Na Alg-5 Gly булган модель молекуласы башка модель молекулаларына караганда реактиврак дигән нәтиҗәгә килделәр. Бу күренеш аларның структурасы белән бәйле. 3PVA-(C10)2NaAlg составында нибары ике -COONa төркеме генә бар, ә башка структураларда ике -COONa төркеме бар, ләкин алар берничә OH төркемен үз эченә ала, бу аларның әйләнә-тирә мохиткә реактивлыгының артуын аңлата.
Моннан тыш, бу тикшеренүдә барлык структураларның ионлашу энергияләре (IE) карала. Ионлашу энергиясе өйрәнелгән модельнең реактивлыгын үлчәү өчен мөһим параметр булып тора. Электронны молекуланың бер ноктасыннан чиксезлеккә күчерү өчен кирәкле энергия ионлашу энергиясе дип атала. Ул молекуланың ионлашу дәрәҗәсен (ягъни реактивлыгын) күрсәтә. Ионлашу энергиясе югарырак булган саен, реактивлык түбәнрәк була. 3PVA-(C10)2NaAlg ның 1, 2, 3, 4 һәм 5 глицерин берәмлекләре белән үзара бәйләнешенең IE нәтиҗәләре -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 һәм -9,323 эВ тәшкил итте, ә глицерин һәм 3PVA-(C10)2NaAlg ның IEлары -5,157 һәм -9,341 эВ тәшкил итте. Глицерин өстәү IP кыйммәтенең кимүенә китергәнлектән, молекуляр реактивлык арткан, бу электрохимик җайланмаларда PVA/NaAlg/глицерин моделе молекуласының кулланылышын арттыра.
3 нче таблицадагы бишенче дескриптор - Log P, ул бүленеш коэффициентының логарифмы һәм өйрәнелә торган структураның гидрофиль яки гидрофоб булуын тасвирлау өчен кулланыла. Тискәре Log P кыйммәте гидрофиль молекуланы күрсәтә, ягъни ул суда җиңел эри, ә органик эреткечләрдә начар эри. Уңай кыйммәт киресен күрсәтә.
Алынган нәтиҗәләргә нигезләнеп, барлык структуралар да гидрофиль дигән нәтиҗә ясарга мөмкин, чөнки аларның Log P кыйммәтләре (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly һәм 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) тиешенчә -3,537, -5,261, -6,342, -7,423 һәм -8,504, ә глицеринның Log P кыйммәте нибары -1,081, ә 3PVA-(C10)2Na Alg нибары -3,100. Бу өйрәнелә торган структураның үзлекләре аның структурасына су молекулалары кертелгән саен үзгәрәчәген аңлата.
Ниһаять, барлык структураларның поляризацияләнүчәнлеге дә PM6 дәрәҗәсендә ярымэмпирик ысул ярдәмендә исәпләнә. Элегрәк күпчелек материалларның поляризацияләнүчәнлеге төрле факторларга бәйле булуы билгеләп үтелгән иде. Иң мөһим фактор - өйрәнелә торган структура күләме. 3PVA һәм 2NaAlg арасындагы беренче төр үзара бәйләнешне үз эченә алган барлык структуралар өчен (үзара бәйләнеш 10 нчы углерод атомы аша бара), поляризацияләнүчәнлек глицерин өстәү белән яхшыра. Поляризацияләнүчәнлек 1, 2, 3, 4 һәм 5 глицерин берәмлекләре белән үзара бәйләнеш аркасында 29,690 Å дан 35,076, 40,665, 45,177, 50,239 һәм 54,638 Å га кадәр арта. Шулай итеп, иң югары поляризацияләнүчәнлеккә ия булган модель молекуласы 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, ә иң түбән поляризацияләнүчәнлеккә ия булган модель молекуласы 3PVA-(C10)2NaAlg, ул 29.690 Å тәшкил итә, дип ачыкланды.
QSAR дескрипторларын бәяләү күрсәткәнчә, 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly структурасы тәкъдим ителгән беренче үзара тәэсир итешү өчен иң реактив структура булып тора.
PVA тримеры һәм NaAlg димеры арасындагы икенче үзара бәйләнеш режимы өчен нәтиҗәләр аларның зарядлары беренче үзара бәйләнеш өчен алдагы бүлектә тәкъдим ителгән зарядларга охшаш булуын күрсәтә. Барлык структураларның да электрон заряды нульгә тигез, бу аларның барысы да төп хәлдә дигәнне аңлата.
4 нче таблицада күрсәтелгәнчә, 1 нче терм Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5 һәм 6 берәмлек глицерин белән реакциягә кергәндә, 1 нче терм Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ның TDM кыйммәтләре (PM6 дәрәҗәсендә исәпләнгән) 11.581 Debye дан 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 һәм 15.756 га кадәр арткан. Ләкин, глицерин берәмлекләре саны арткан саен, гомуми энергия кими, һәм 1 нче термин Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg билгеле бер сандагы глицерин берәмлекләре белән (1 дән 6 га кадәр) үзара бәйләнештә булганда, гомуми энергия − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 һәм − 1637.432 эВ тәшкил итә.
Икенче үзара бәйләнеш ихтималы өчен IP, Log P һәм поляризацияләнүчәнлек тә PM6 теория дәрәҗәсендә исәпләнә. Шуңа күрә алар молекуляр реактивлыкның өч иң көчле тасвирламасын карадылар. 1, 2, 3, 4, 5 һәм 6 глицерин берәмлекләре белән үзара бәйләнештә булган 1 нче Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ны күрсәтүче структуралар өчен IP −9,385 эВ дан −8,946, −8,848, −8,430, −9,537, −7,997 һәм −8,900 эВ га кадәр арта. Ләкин, 1 нче Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ның глицерин белән пластиклашуы аркасында исәпләнгән Log P кыйммәте түбәнрәк булды. Глицерин күләме 1 дән 6 га кадәр артканда, аның кыйммәтләре -3,643 урынына -5,334, -6,415, -7,496, -9,096, -9,861 һәм -10,53 була. Ниһаять, поляризацияләнү мәгълүматлары глицерин күләмен арттыру 1 нче термин Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg поляризацияләнүчәнлегенең артуына китергәнен күрсәтте. 6 глицерин берәмлеге белән үзара бәйләнештән соң 1 нче термин Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg модель молекуласының поляризацияләнүчәнлеге 31,703 Å дан 63,198 Å га кадәр арткан. Икенче үзара бәйләнеш ихтималлыгында глицерин берәмлекләре санын арттыру, атомнар санының күп булуына һәм катлаулы структурага карамастан, глицерин күләме арткан саен эшчәнлекнең яхшыруын раслау өчен башкарыла икәнен билгеләп үтү мөһим. Шулай итеп, PVA/Na Alg/глицерин моделе литий-ион батареяларын өлешчә алыштыра ала дип әйтергә мөмкин, ләкин күбрәк тикшеренүләр һәм эшләнмәләр кирәк.
Өслекнең адсорбат белән бәйләнеш сәләтен характерлау һәм системалар арасындагы уникаль үзара бәйләнешләрне бәяләү өчен теләсә нинди ике атом арасындагы бәйләнеш төрен, молекулаара һәм молекула эчендәге үзара бәйләнешләрнең катлаулылыгын, һәм өслекнең һәм адсорбентның электрон тыгызлыгы бүленешен белү кирәк. Үзара бәйләнештә булган атомнар арасындагы бәйләнешнең критик ноктасындагы (BCP) электрон тыгызлыгы QTAIM анализында бәйләнеш ныклыгын бәяләү өчен бик мөһим. Электрон заряды тыгызлыгы югарырак булган саен, ковалент үзара бәйләнеш тотрыклырак була һәм, гомумән алганда, бу критик нокталарда электрон тыгызлыгы югарырак була. Моннан тыш, гомуми электрон энергия тыгызлыгы (H(r)) һәм Лаплас заряды тыгызлыгы (∇2ρ(r)) 0 дән кимрәк булса, бу ковалент (гомуми) үзара бәйләнешләр булуын күрсәтә. Икенче яктан, ∇2ρ(r) һәм H(r) 0,54 дән зуррак булганда, бу ковалент булмаган (ябык кабыклы) үзара бәйләнешләрнең, мәсәлән, зәгыйфь водород бәйләнешләренең, ван-дер-Ваальс көчләренең һәм электростатик үзара бәйләнешләрнең булуын күрсәтә. QTAIM анализы 7 һәм 8 нче рәсемнәрдә күрсәтелгәнчә, өйрәнелгән структураларда ковалент булмаган үзара бәйләнешләрнең табигатен ачыклады. Анализ нигезендә, 3PVA − 2Na Alg һәм Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg модель молекулалары төрле глицин берәмлекләре белән үзара бәйләнештә булган молекулаларга караганда югарырак тотрыклылык күрсәттеләр. Чөнки альгинат структурасында күбрәк очрый торган берничә ковалент булмаган үзара бәйләнеш, мәсәлән, электростатик үзара бәйләнешләр һәм водород бәйләнешләре альгинатның композитларны тотрыклыландыруына мөмкинлек бирә. Моннан тыш, безнең нәтиҗәләр 3PVA − 2Na Alg һәм Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg модель молекулалары һәм глицин арасындагы ковалент булмаган үзара бәйләнешләрнең мөһимлеген күрсәтә, бу глицинның композитларның гомуми электрон мохитен үзгәртүдә мөһим роль уйнавын күрсәтә.
3PVA − 2NaAlg модель молекуласының (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly һәм (f) 5Gly белән үзара бәйләнештә булуын QTAIM анализы.