nature.com ను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSS మద్దతు పరిమితంగా ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, తాజా బ్రౌజర్ వెర్షన్‌ను ఉపయోగించమని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయమని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. అదనంగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, ఈ సైట్‌లో స్టైల్స్ లేదా జావాస్క్రిప్ట్ ఉండవు.
సోడియం వనరులు సమృద్ధిగా ఉండటం వలన, సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (NIBలు) విద్యుత్ రసాయన శక్తి నిల్వకు ఒక ఆశాజనకమైన ప్రత్యామ్నాయ పరిష్కారంగా నిలుస్తున్నాయి. ప్రస్తుతం, NIB సాంకేతికత అభివృద్ధిలో ప్రధాన అడ్డంకి ఏమిటంటే, సోడియం అయాన్‌లను ఎక్కువ కాలం పాటు తిరోగమన పద్ధతిలో నిల్వ/విడుదల చేయగల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల కొరత. అందువల్ల, NIB ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలుగా పాలీవినైల్ ఆల్కహాల్ (PVA) మరియు సోడియం ఆల్జినేట్ (NaAlg) మిశ్రమాలపై గ్లిసరాల్ కలపడం వల్ల కలిగే ప్రభావాన్ని సైద్ధాంతికంగా పరిశోధించడం ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం. ఈ అధ్యయనం PVA, సోడియం ఆల్జినేట్ మరియు గ్లిసరాల్ మిశ్రమాల ఆధారిత పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల యొక్క ఎలక్ట్రానిక్, థర్మల్ మరియు క్వాంటిటేటివ్ స్ట్రక్చర్-యాక్టివిటీ రిలేషన్‌షిప్ (QSAR) డిస్క్రిప్టర్‌లపై దృష్టి పెడుతుంది. ఈ లక్షణాలను సెమీ-ఎంపరికల్ పద్ధతులు మరియు డెన్సిటీ ఫంక్షనల్ థియరీ (DFT) ఉపయోగించి పరిశోధించారు. నిర్మాణాత్మక విశ్లేషణ PVA/ఆల్జినేట్ మరియు గ్లిసరాల్ మధ్య పరస్పర చర్యల వివరాలను వెల్లడించినందున, బ్యాండ్ గ్యాప్ ఎనర్జీ (Eg)ని పరిశోధించడం జరిగింది. గ్లిసరాల్ కలపడం వల్ల Eg విలువ 0.2814 eVకి తగ్గుతుందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. మాలిక్యులర్ ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ పొటెన్షియల్ సర్ఫేస్ (MESP) మొత్తం ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలో ఎలక్ట్రాన్-రిచ్ మరియు ఎలక్ట్రాన్-పూర్ ప్రాంతాలు మరియు మాలిక్యులర్ ఛార్జీల పంపిణీని చూపిస్తుంది. అధ్యయనం చేయబడిన థర్మల్ పారామితులలో ఎంతాల్పీ (H), ఎంట్రోపీ (ΔS), హీట్ కెపాసిటీ (Cp), గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీ (G) మరియు హీట్ ఆఫ్ ఫార్మేషన్ ఉన్నాయి. అదనంగా, ఈ అధ్యయనంలో టోటల్ డైపోల్ మూమెంట్ (TDM), టోటల్ ఎనర్జీ (E), అయనైజేషన్ పొటెన్షియల్ (IP), లాగ్ P మరియు పోలరైజబిలిటీ వంటి అనేక క్వాంటిటేటివ్ స్ట్రక్చర్-యాక్టివిటీ రిలేషన్‌షిప్ (QSAR) డిస్క్రిప్టర్‌లు పరిశోధించబడ్డాయి. ఉష్ణోగ్రత మరియు గ్లిసరాల్ కంటెంట్ పెరిగేకొద్దీ H, ΔS, Cp, G మరియు TDM పెరిగాయని ఫలితాలు చూపించాయి. అదే సమయంలో, హీట్ ఆఫ్ ఫార్మేషన్, IP మరియు E తగ్గాయి, ఇది రియాక్టివిటీ మరియు పోలరైజబిలిటీని మెరుగుపరిచింది. అదనంగా, గ్లిసరాల్ కలపడం ద్వారా, సెల్ వోల్టేజ్ 2.488 V కి పెరిగింది. తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన PVA/Na Alg గ్లిసరాల్-ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లపై చేసిన DFT మరియు PM6 గణనలు, వాటి బహుళ కార్యాచరణ కారణంగా అవి లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను పాక్షికంగా భర్తీ చేయగలవని చూపిస్తున్నాయి, కానీ మరిన్ని మెరుగుదలలు మరియు పరిశోధనలు అవసరం.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (LIBలు) విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నప్పటికీ, వాటి తక్కువ సైకిల్ లైఫ్, అధిక ధర మరియు భద్రతాపరమైన ఆందోళనల కారణంగా వాటి అనువర్తనం అనేక పరిమితులను ఎదుర్కొంటోంది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (SIBలు) వాటి విస్తృత లభ్యత, తక్కువ ధర మరియు సోడియం మూలకం యొక్క విషరహిత స్వభావం కారణంగా LIBలకు ఆచరణీయమైన ప్రత్యామ్నాయంగా మారవచ్చు. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (SIBలు) ఎలక్ట్రోకెమికల్ పరికరాల కోసం అంతకంతకూ ముఖ్యమైన శక్తి నిల్వ వ్యవస్థగా మారుతున్నాయి¹. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అయాన్ రవాణాను సులభతరం చేయడానికి మరియు విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎలక్ట్రోలైట్‌లపై ఎక్కువగా ఆధారపడతాయి²,³. ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు ప్రధానంగా లోహ లవణాలు మరియు సేంద్రీయ ద్రావకాలతో కూడి ఉంటాయి. ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలకు ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల భద్రతపై జాగ్రత్తగా పరిశీలన అవసరం, ప్రత్యేకించి బ్యాటరీ ఉష్ణ లేదా విద్యుత్ ఒత్తిడికి గురైనప్పుడు⁴.
సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (SIBs) వాటి సమృద్ధిగా ఉన్న సముద్ర నిల్వలు, విషరహిత స్వభావం మరియు తక్కువ ముడి పదార్థాల ఖర్చు కారణంగా సమీప భవిష్యత్తులో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల స్థానాన్ని భర్తీ చేస్తాయని భావిస్తున్నారు. నానోపదార్థాల సంశ్లేషణ డేటా నిల్వ, ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఆప్టికల్ పరికరాల అభివృద్ధిని వేగవంతం చేసింది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో వివిధ నానో నిర్మాణాల (ఉదాహరణకు, మెటల్ ఆక్సైడ్‌లు, గ్రాఫేన్, నానోట్యూబ్‌లు మరియు ఫుల్లరీన్‌లు) అనువర్తనాన్ని విస్తృత సాహిత్యం ప్రదర్శించింది. వాటి బహుముఖ ప్రజ్ఞ మరియు పర్యావరణ అనుకూలత కారణంగా, సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం పాలిమర్‌లతో సహా యానోడ్ పదార్థాల అభివృద్ధిపై పరిశోధన దృష్టి సారించింది. పునర్వినియోగ పాలిమర్ బ్యాటరీల రంగంలో పరిశోధనా ఆసక్తి నిస్సందేహంగా పెరుగుతుంది. ప్రత్యేకమైన నిర్మాణాలు మరియు లక్షణాలతో కూడిన నూతన పాలిమర్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు పర్యావరణ అనుకూల శక్తి నిల్వ సాంకేతికతలకు మార్గం సుగమం చేసే అవకాశం ఉంది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ఉపయోగం కోసం వివిధ పాలిమర్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను అన్వేషించినప్పటికీ, ఈ రంగం ఇంకా అభివృద్ధి ప్రారంభ దశలోనే ఉంది. సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం, విభిన్న నిర్మాణ ఆకృతులతో కూడిన మరిన్ని పాలిమర్ పదార్థాలను అన్వేషించాల్సిన అవసరం ఉంది. పాలిమర్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలలో సోడియం అయాన్ల నిల్వ యంత్రాంగంపై మన ప్రస్తుత జ్ఞానం ఆధారంగా, సంయుక్త వ్యవస్థలోని కార్బోనిల్ సమూహాలు, ఫ్రీ రాడికల్స్ మరియు హెటెరోఅటమ్‌లు సోడియం అయాన్లతో పరస్పర చర్యకు క్రియాశీల ప్రదేశాలుగా పనిచేస్తాయని ఊహించవచ్చు. అందువల్ల, ఈ క్రియాశీల ప్రదేశాల అధిక సాంద్రత కలిగిన కొత్త పాలిమర్లను అభివృద్ధి చేయడం చాలా కీలకం. జెల్ పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్ (GPE) అనేది బ్యాటరీ విశ్వసనీయత, అయాన్ వాహకత, లీకేజీ లేకపోవడం, అధిక నమ్యత మరియు మంచి పనితీరును మెరుగుపరిచే ఒక ప్రత్యామ్నాయ సాంకేతికత¹².
పాలిమర్ మాత్రికలలో PVA మరియు పాలిథిలిన్ ఆక్సైడ్ (PEO)13 వంటి పదార్థాలు ఉంటాయి. జెల్ పారగమ్య పాలిమర్ (GPE) పాలిమర్ మాత్రికలో ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌ను స్థిరీకరిస్తుంది, ఇది వాణిజ్య సెపరేటర్లతో పోలిస్తే లీకేజీ ప్రమాదాన్ని తగ్గిస్తుంది14. PVA ఒక కృత్రిమ జీవవిచ్ఛిన్న పాలిమర్. ఇది అధిక పారగమ్యతను కలిగి ఉంటుంది, చవకైనది మరియు విషరహితమైనది. ఈ పదార్థం దాని ఫిల్మ్-ఏర్పరచే లక్షణాలు, రసాయన స్థిరత్వం మరియు సంసంజనానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. ఇది క్రియాత్మక (OH) సమూహాలను మరియు అధిక క్రాస్-లింకింగ్ సంభావ్య సాంద్రతను కూడా కలిగి ఉంటుంది15,16,17. PVA-ఆధారిత పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్ల వాహకతను మెరుగుపరచడానికి, మాత్రిక స్ఫటికత్వాన్ని తగ్గించడానికి మరియు గొలుసు సౌలభ్యాన్ని పెంచడానికి పాలిమర్ బ్లెండింగ్, ప్లాస్టిసైజర్ జోడింపు, కాంపోజిట్ జోడింపు మరియు ఇన్ సిటు పాలిమరైజేషన్ పద్ధతులను ఉపయోగించారు18,19,20.
పారిశ్రామిక అనువర్తనాల కోసం పాలిమర్ పదార్థాలను అభివృద్ధి చేయడానికి బ్లెండింగ్ ఒక ముఖ్యమైన పద్ధతి. పాలిమర్ బ్లెండ్‌లను తరచుగా వీటి కోసం ఉపయోగిస్తారు: (1) పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో సహజ పాలిమర్ల ప్రాసెసింగ్ లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి; (2) జీవక్షయం చెందే పదార్థాల రసాయన, భౌతిక మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి; మరియు (3) ఆహార ప్యాకేజింగ్ పరిశ్రమలో కొత్త పదార్థాల కోసం వేగంగా మారుతున్న డిమాండ్‌కు అనుగుణంగా మారడానికి. కోపాలిమరైజేషన్ వలె కాకుండా, పాలిమర్ బ్లెండింగ్ అనేది తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన ప్రక్రియ, ఇది కావలసిన లక్షణాలను సాధించడానికి సంక్లిష్టమైన రసాయన ప్రక్రియలకు బదులుగా సరళమైన భౌతిక ప్రక్రియలను ఉపయోగిస్తుంది21. హోమోపాలిమర్‌లను ఏర్పరచడానికి, విభిన్న పాలిమర్‌లు డైపోల్-డైపోల్ బలాలు, హైడ్రోజన్ బంధాలు లేదా ఛార్జ్-ట్రాన్స్‌ఫర్ కాంప్లెక్స్‌ల ద్వారా పరస్పరం చర్య జరపగలవు22,23. సహజ మరియు సింథటిక్ పాలిమర్‌లతో తయారు చేసిన బ్లెండ్‌లు మంచి బయోకాంపాటిబిలిటీని అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలతో మిళితం చేయగలవు, తక్కువ ఉత్పత్తి వ్యయంతో ఒక ఉన్నతమైన పదార్థాన్ని సృష్టిస్తాయి24,25. అందువల్ల, సింథటిక్ మరియు సహజ పాలిమర్‌లను బ్లెండ్ చేయడం ద్వారా బయోరిలవెంట్ పాలిమర్ పదార్థాలను సృష్టించడంలో గొప్ప ఆసక్తి ఉంది. PVAను సోడియం ఆల్జినేట్ (NaAlg), సెల్యులోజ్, కైటోసాన్ మరియు స్టార్చ్‌తో కలపవచ్చు26.
సోడియం ఆల్జినేట్ అనేది సముద్రపు బ్రౌన్ ఆల్గే నుండి సంగ్రహించబడిన ఒక సహజ పాలిమర్ మరియు ఆనయానిక్ పాలిసాకరైడ్. సోడియం ఆల్జినేట్, హోమోపాలిమెరిక్ రూపాలు (పాలీ-M మరియు పాలీ-G) మరియు హెటెరోపాలిమెరిక్ బ్లాక్‌లుగా (MG లేదా GM) వ్యవస్థీకరించబడిన β-(1-4)-లింక్డ్ D-మాన్యురోనిక్ ఆమ్లం (M) మరియు α-(1-4)-లింక్డ్ L-గులురోనిక్ ఆమ్లం (G)లను కలిగి ఉంటుంది27. M మరియు G బ్లాక్‌ల పరిమాణం మరియు సాపేక్ష నిష్పత్తి ఆల్జినేట్ యొక్క రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి28,29. సోడియం ఆల్జినేట్ దాని జీవవిచ్ఛిన్నత, జీవ అనుకూలత, తక్కువ ధర, మంచి ఫిల్మ్-ఏర్పరచే లక్షణాలు మరియు విషరహితత్వం కారణంగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు అధ్యయనం చేయబడుతుంది. అయితే, ఆల్జినేట్ గొలుసులో అధిక సంఖ్యలో స్వేచ్ఛా హైడ్రాక్సిల్ (OH) మరియు కార్బాక్సిలేట్ (COO) సమూహాలు ఉండటం వల్ల ఆల్జినేట్ అత్యంత హైడ్రోఫిలిక్‌గా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, దాని పెళుసుదనం మరియు దృఢత్వం కారణంగా ఆల్జినేట్ పేలవమైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, నీటి సున్నితత్వం మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి ఆల్గినేట్‌ను ఇతర సింథటిక్ పదార్థాలతో కలపవచ్చు30,31.
కొత్త ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను రూపొందించే ముందు, కొత్త పదార్థాల తయారీ సాధ్యతను అంచనా వేయడానికి DFT గణనలను తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. అదనంగా, శాస్త్రవేత్తలు ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను నిర్ధారించడానికి మరియు అంచనా వేయడానికి, సమయాన్ని ఆదా చేయడానికి, రసాయన వ్యర్థాలను తగ్గించడానికి మరియు పరస్పర చర్య ప్రవర్తనను అంచనా వేయడానికి మాలిక్యులర్ మోడలింగ్‌ను ఉపయోగిస్తారు32. మెటీరియల్స్ సైన్స్, నానోమెటీరియల్స్, కంప్యూటేషనల్ కెమిస్ట్రీ మరియు డ్రగ్ డిస్కవరీతో సహా అనేక రంగాలలో మాలిక్యులర్ మోడలింగ్ ఒక శక్తివంతమైన మరియు ముఖ్యమైన శాస్త్ర శాఖగా మారింది33,34. మోడలింగ్ ప్రోగ్రామ్‌లను ఉపయోగించి, శాస్త్రవేత్తలు శక్తి (ఏర్పడే ఉష్ణం, అయనీకరణ పొటెన్షియల్, యాక్టివేషన్ ఎనర్జీ మొదలైనవి) మరియు జ్యామితి (బంధ కోణాలు, బంధ పొడవులు మరియు టార్షన్ కోణాలు)తో సహా మాలిక్యులర్ డేటాను నేరుగా పొందవచ్చు35. అదనంగా, ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు (ఛార్జ్, HOMO మరియు LUMO బ్యాండ్ గ్యాప్ ఎనర్జీ, ఎలక్ట్రాన్ అఫినిటీ), స్పెక్ట్రల్ లక్షణాలు (FTIR స్పెక్ట్రా వంటి లక్షణ కంపన రీతులు మరియు తీవ్రతలు), మరియు బల్క్ లక్షణాలు (ఘనపరిమాణం, వ్యాప్తి, స్నిగ్ధత, మాడ్యులస్ మొదలైనవి)36 లెక్కించవచ్చు.
LiNiPO4 దాని అధిక శక్తి సాంద్రత (సుమారు 5.1 V పని చేసే వోల్టేజ్) కారణంగా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలతో పోటీ పడటంలో సంభావ్య ప్రయోజనాలను చూపుతుంది. అధిక-వోల్టేజ్ ప్రాంతంలో LiNiPO4 యొక్క ప్రయోజనాన్ని పూర్తిగా వినియోగించుకోవడానికి, పని చేసే వోల్టేజ్‌ను తగ్గించాల్సిన అవసరం ఉంది, ఎందుకంటే ప్రస్తుతం అభివృద్ధి చేయబడిన అధిక-వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రోలైట్ 4.8 V కంటే తక్కువ వోల్టేజ్‌ల వద్ద మాత్రమే సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉండగలదు. జాంగ్ మరియు ఇతరులు LiNiPO4 యొక్క Ni స్థానంలో అన్ని 3d, 4d, మరియు 5d పరివర్తన లోహాల డోపింగ్‌ను పరిశోధించారు, అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరుతో డోపింగ్ నమూనాలను ఎంచుకున్నారు, మరియు దాని ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు యొక్క సాపేక్ష స్థిరత్వాన్ని కొనసాగిస్తూ LiNiPO4 యొక్క పని చేసే వోల్టేజ్‌ను సర్దుబాటు చేశారు. వారు పొందిన అత్యల్ప పని చేసే వోల్టేజ్‌లు వరుసగా Ti, Nb, మరియు Ta-డోప్డ్ LiNiPO4 కోసం 4.21, 3.76, మరియు 3.5037.
అందువల్ల, పునర్వినియోగ అయాన్-అయాన్ బ్యాటరీలలో దాని అనువర్తనం కోసం, క్వాంటం మెకానికల్ గణనలను ఉపయోగించి PVA/NaAlg వ్యవస్థ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలు, QSAR వివరణలు మరియు ఉష్ణ లక్షణాలపై ప్లాస్టిసైజర్‌గా గ్లిసరాల్ ప్రభావాన్ని సైద్ధాంతికంగా పరిశోధించడమే ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం. PVA/NaAlg నమూనా మరియు గ్లిసరాల్ మధ్య పరమాణు పరస్పర చర్యలను బాడర్ యొక్క అణువుల క్వాంటం పరమాణు సిద్ధాంతం (QTAIM) ఉపయోగించి విశ్లేషించారు.
PVA మరియు NaAlg, ఆ తర్వాత గ్లిసరాల్‌ల మధ్య పరస్పర చర్యను సూచించే ఒక అణు నమూనాను DFT ఉపయోగించి ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. ఈ నమూనాను ఈజిప్ట్‌లోని కైరోలో ఉన్న నేషనల్ రీసెర్చ్ సెంటర్, స్పెక్ట్రోస్కోపీ విభాగంలో గౌసియన్ 0938 సాఫ్ట్‌వేర్‌ను ఉపయోగించి లెక్కించారు. ఈ నమూనాలను B3LYP/6-311G(d, p) స్థాయిలో DFT ఉపయోగించి ఆప్టిమైజ్ చేశారు39,40,41,42. అధ్యయనం చేసిన నమూనాల మధ్య పరస్పర చర్యను ధృవీకరించడానికి, అదే సిద్ధాంత స్థాయిలో నిర్వహించిన ఫ్రీక్వెన్సీ అధ్యయనాలు ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన జ్యామితి యొక్క స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శించాయి. అంచనా వేయబడిన అన్ని ఫ్రీక్వెన్సీలలో ప్రతికూల ఫ్రీక్వెన్సీలు లేకపోవడం, పొటెన్షియల్ ఎనర్జీ ఉపరితలంపై నిజమైన పాజిటివ్ మినిమాలో ఊహించిన నిర్మాణాన్ని హైలైట్ చేస్తుంది. TDM, HOMO/LUMO బ్యాండ్ గ్యాప్ ఎనర్జీ మరియు MESP వంటి భౌతిక పారామితులను అదే క్వాంటం మెకానికల్ సిద్ధాంత స్థాయిలో లెక్కించారు. అదనంగా, తుది నిర్మాణ ఉష్ణం, స్వేచ్ఛా శక్తి, ఎంట్రోపీ, ఎంతాల్పీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం వంటి కొన్ని ఉష్ణ పారామితులను పట్టిక 1లో ఇవ్వబడిన సూత్రాలను ఉపయోగించి లెక్కించారు. అధ్యయనం చేయబడిన నిర్మాణాల ఉపరితలంపై సంభవించే పరస్పర చర్యలను గుర్తించడానికి, అధ్యయనం చేయబడిన నమూనాలను అణువులలోని పరమాణువుల క్వాంటం సిద్ధాంతం (QTAIM) విశ్లేషణకు గురిచేశారు. ఈ గణనలను Gaussian 09 సాఫ్ట్‌వేర్ కోడ్‌లోని “output=wfn” కమాండ్‌ను ఉపయోగించి నిర్వహించారు మరియు తరువాత Avogadro సాఫ్ట్‌వేర్ కోడ్43 ఉపయోగించి దృశ్యమానం చేశారు.
ఇక్కడ E అనేది అంతర్గత శక్తి, P అనేది పీడనం, V అనేది ఘనపరిమాణం, Q అనేది వ్యవస్థ మరియు దాని పరిసరాల మధ్య జరిగే ఉష్ణ మార్పిడి, T అనేది ఉష్ణోగ్రత, ΔH అనేది ఎంథాల్పీ మార్పు, ΔG అనేది స్వేచ్ఛా శక్తి మార్పు, ΔS అనేది ఎంట్రోపీ మార్పు, a మరియు b అనేవి కంపన పారామితులు, q అనేది పరమాణు ఆవేశం, మరియు C అనేది పరమాణు ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత44,45. చివరగా, ఈజిప్ట్‌లోని కైరోలో ఉన్న నేషనల్ రీసెర్చ్ సెంటర్ యొక్క స్పెక్ట్రోస్కోపీ విభాగంలో, SCIGRESS సాఫ్ట్‌వేర్ కోడ్46ను ఉపయోగించి, అదే నిర్మాణాలను ఆప్టిమైజ్ చేసి, PM6 స్థాయిలో QSAR పారామితులను లెక్కించారు.
మా మునుపటి పనిలో47, గ్లిసరాల్ ప్లాస్టిసైజర్‌గా పనిచేయగా, మూడు PVA యూనిట్లు రెండు NaAlg యూనిట్లతో జరిపే పరస్పర చర్యను వివరించే అత్యంత సంభావ్య నమూనాను మేము మూల్యాంకనం చేశాము. పైన పేర్కొన్నట్లుగా, PVA మరియు NaAlgల పరస్పర చర్యకు రెండు అవకాశాలు ఉన్నాయి. పరిగణించబడిన ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే, 3PVA-2Na Alg (కార్బన్ సంఖ్య 10 ఆధారంగా) మరియు Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg అని పిలువబడే ఈ రెండు నమూనాలు అతి చిన్న శక్తి అంతరం విలువను48 కలిగి ఉన్నాయి. అందువల్ల, PVA/Na Alg బ్లెండ్ పాలిమర్ యొక్క అత్యంత సంభావ్య నమూనాపై Gly చేర్పు ప్రభావాన్ని, తరువాతి రెండు నిర్మాణాలను ఉపయోగించి పరిశోధించడం జరిగింది: 3PVA-(C10)2Na Alg (సరళత కోసం 3PVA-2Na Algగా సూచించబడింది) మరియు Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. సాహిత్యం ప్రకారం, PVA, NaAlg మరియు గ్లిసరాల్ హైడ్రాక్సిల్ ఫంక్షనల్ గ్రూపుల మధ్య బలహీనమైన హైడ్రోజన్ బంధాలను మాత్రమే ఏర్పరచగలవు. PVA ట్రైమర్ మరియు NaAlg మరియు గ్లిసరాల్ డైమర్ రెండింటిలోనూ అనేక OH సమూహాలు ఉన్నందున, ఈ సంపర్కం OH సమూహాలలో ఒకదాని ద్వారా సాధ్యమవుతుంది. పటం 1 నమూనా గ్లిసరాల్ అణువు మరియు నమూనా అణువు 3PVA-2Na Alg మధ్య పరస్పర చర్యను చూపుతుంది, మరియు పటం 2 నమూనా అణువు Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg మరియు వివిధ గాఢతలలోని గ్లిసరాల్ మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క నిర్మిత నమూనాను చూపుతుంది.
ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన నిర్మాణాలు: (a) Gly మరియు 3PVA − 2Na Alg లు (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, మరియు (f) 5 Gly లతో పరస్పరం చర్య జరుపుతాయి.
(ఎ) 1 Gly, (బి) 2 Gly, (సి) 3 Gly, (డి) 4 Gly, (ఇ) 5 Gly, మరియు (ఎఫ్) 6 Gly లతో పరస్పర చర్య జరుపుతున్న Term 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg యొక్క ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన నిర్మాణాలు.
ఏదైనా ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క క్రియాశీలతను అధ్యయనం చేసేటప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తి అనేది పరిగణించవలసిన ఒక ముఖ్యమైన పరామితి. ఎందుకంటే పదార్థం బాహ్య మార్పులకు గురైనప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవర్తనను ఇది వివరిస్తుంది. అందువల్ల, అధ్యయనం చేసిన అన్ని నిర్మాణాలకు HOMO/LUMO యొక్క ఎలక్ట్రాన్ బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తులను అంచనా వేయడం అవసరం. గ్లిసరాల్ కలపడం వల్ల 3PVA-(C10)2Na Alg మరియు Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg లలో HOMO/LUMO శక్తులలో వచ్చిన మార్పులను పట్టిక 2 చూపిస్తుంది. ref47 ప్రకారం, 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క Eg విలువ 0.2908 eV, కాగా రెండవ పరస్పర చర్య యొక్క సంభావ్యతను ప్రతిబింబించే నిర్మాణం (అంటే, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) యొక్క Eg విలువ 0.5706 eV.
అయితే, గ్లిసరాల్‌ను కలపడం వల్ల 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క Eg విలువలో స్వల్ప మార్పు వచ్చిందని కనుగొనబడింది. 3PVA-(C10)2NaAlg, 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో చర్య జరిపినప్పుడు, దాని Eg విలువలు వరుసగా 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 మరియు 0.281 eV అయ్యాయి. అయితే, 3 గ్లిసరాల్ యూనిట్లను కలిపిన తర్వాత, Eg విలువ 3PVA-(C10)2Na Alg కన్నా చిన్నదిగా మారిందనే ఒక విలువైన అంతర్దృష్టి ఉంది. 3PVA-(C10)2Na Alg ఐదు గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో జరిపే చర్యను సూచించే నమూనా అత్యంత సంభావ్య చర్య నమూనా. దీని అర్థం, గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్య పెరిగేకొద్దీ, చర్య యొక్క సంభావ్యత కూడా పెరుగుతుంది.
ఇంతలో, రెండవ పరస్పర చర్య సంభావ్యత కోసం, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly మరియు Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly లను సూచించే నమూనా అణువుల యొక్క HOMO/LUMO శక్తులు వరుసగా 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 మరియు 0.496 eV అవుతాయి. పట్టిక 2 అన్ని నిర్మాణాలకు లెక్కించబడిన HOMO/LUMO బ్యాండ్ గ్యాప్ శక్తులను చూపుతుంది. అంతేకాకుండా, మొదటి సమూహం యొక్క పరస్పర చర్య సంభావ్యతల ప్రవర్తన ఇక్కడ కూడా పునరావృతమవుతుంది.
ఘనస్థితి భౌతికశాస్త్రంలోని బ్యాండ్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, ఒక ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ తగ్గే కొద్దీ, ఆ పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత్వం పెరుగుతుంది. సోడియం-అయాన్ కాథోడ్ పదార్థాల బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను తగ్గించడానికి డోపింగ్ ఒక సాధారణ పద్ధతి. జియాంగ్ మరియు అతని సహచరులు β-NaMnO2 పొరల పదార్థాల ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి Cu డోపింగ్‌ను ఉపయోగించారు. DFT గణనలను ఉపయోగించి, డోపింగ్ ఆ పదార్థం యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను 0.7 eV నుండి 0.3 eVకి తగ్గించిందని వారు కనుగొన్నారు. ఇది Cu డోపింగ్ β-NaMnO2 పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ వాహకత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుందని సూచిస్తుంది.
MESP అనేది అణు ఛార్జ్ పంపిణీ మరియు ఒకే ఒక ధనాత్మక ఛార్జ్ మధ్య పరస్పర చర్య శక్తిగా నిర్వచించబడింది. రసాయన లక్షణాలు మరియు క్రియాశీలతను అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు వివరించడానికి MESP ఒక సమర్థవంతమైన సాధనంగా పరిగణించబడుతుంది. పాలిమరిక్ పదార్థాల మధ్య పరస్పర చర్యల యంత్రాంగాలను అర్థం చేసుకోవడానికి MESPని ఉపయోగించవచ్చు. MESP అధ్యయనం చేయబడుతున్న సమ్మేళనంలోని ఛార్జ్ పంపిణీని వివరిస్తుంది. అదనంగా, MESP అధ్యయనం చేయబడుతున్న పదార్థాలలోని క్రియాశీల ప్రదేశాల గురించి సమాచారాన్ని అందిస్తుంది32. B3LYP/6-311G(d, p) సిద్ధాంత స్థాయిలో అంచనా వేయబడిన 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, మరియు 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly ల యొక్క MESP ప్లాట్‌లను పటం 3 చూపిస్తుంది.
(a) Gly మరియు 3PVA − 2Na Alg లు (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, మరియు (f) 5 Gly లతో పరస్పరం చర్య జరుపుతున్నప్పుడు B3LYP/6-311 g(d, p) తో లెక్కించబడిన MESP కాంటూర్లు.
ఇంతలో, పటం 4 వరుసగా టర్మ్ 1Na Alg- 3PVA – మిడ్ 1Na Alg, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg- 1Gly, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 2Gly, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 3gly, టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 4Gly, టర్మ్ 1Na Alg- 3PVA – మిడ్ 1Na Alg- 5gly మరియు టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg − 6Gly ల కొరకు MESP యొక్క లెక్కించబడిన ఫలితాలను చూపుతుంది. లెక్కించబడిన MESP ఒక కాంటూర్ ప్రవర్తనగా సూచించబడింది. కాంటూర్ రేఖలు వేర్వేరు రంగుల ద్వారా సూచించబడ్డాయి. ప్రతి రంగు ఒక విభిన్న ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ విలువను సూచిస్తుంది. ఎరుపు రంగు అత్యంత ఎలక్ట్రోనెగటివ్ లేదా రియాక్టివ్ సైట్‌లను సూచిస్తుంది. ఇంతలో, పసుపు రంగు నిర్మాణంలోని తటస్థ స్థానాలు 49, 50, 51 లను సూచిస్తుంది. MESP ఫలితాలు అధ్యయనం చేసిన నమూనాల చుట్టూ ఎరుపు రంగు పెరగడంతో 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క క్రియాశీలత పెరిగిందని చూపించాయి. ఇంతలో, విభిన్న గ్లిసరాల్ పరిమాణంతో పరస్పర చర్య కారణంగా టర్మ్ 1Na Alg-3PVA – మిడ్ 1Na Alg నమూనా అణువు యొక్క MESP మ్యాప్‌లో ఎరుపు రంగు తీవ్రత తగ్గుతుంది. ప్రతిపాదిత నిర్మాణం చుట్టూ ఉన్న ఎరుపు రంగు పంపిణీలో మార్పు క్రియాశీలతను ప్రతిబింబిస్తుంది, అయితే తీవ్రతలో పెరుగుదల గ్లిసరాల్ పరిమాణం పెరగడం వల్ల 3PVA-(C10)2Na Alg నమూనా అణువు యొక్క ఎలక్ట్రోనెగటివిటీలో పెరుగుదలను నిర్ధారిస్తుంది.
(ఎ) 1 Gly, (బి) 2 Gly, (సి) 3 Gly, (డి) 4 Gly, (ఇ) 5 Gly, మరియు (ఎఫ్) 6 Gly లతో పరస్పర చర్య జరిపే 1Na Alg-3PVA-Mid యొక్క B3LYP/6-311 g(d, p) MESP టర్మ్.
ప్రతిపాదించబడిన అన్ని నిర్మాణాల యొక్క ఉష్ణ పారామితులు, అనగా ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ, ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు ఏర్పడే ఉష్ణం వంటివి 200 K నుండి 500 K పరిధిలోని వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లెక్కించబడ్డాయి. భౌతిక వ్యవస్థల ప్రవర్తనను వివరించడానికి, వాటి ఎలక్ట్రానిక్ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడంతో పాటు, వాటి మధ్య పరస్పర చర్య కారణంగా ఉష్ణోగ్రత ప్రమేయంగా వాటి ఉష్ణ ప్రవర్తనను కూడా అధ్యయనం చేయడం అవసరం. దీనిని పట్టిక 1లో ఇవ్వబడిన సమీకరణాలను ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు. ఈ ఉష్ణ పారామితుల అధ్యయనం, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అటువంటి భౌతిక వ్యవస్థల ప్రతిస్పందన మరియు స్థిరత్వానికి ఒక ముఖ్యమైన సూచికగా పరిగణించబడుతుంది.
PVA ట్రైమర్ యొక్క ఎంథాల్పీ విషయానికొస్తే, అది మొదట NaAlg డైమర్‌తో, తర్వాత కార్బన్ అణువు #10కు జతచేయబడిన OH సమూహం ద్వారా, మరియు చివరగా గ్లిజరాల్‌తో చర్య జరుపుతుంది. ఎంథాల్పీ అనేది ఒక థర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలోని శక్తికి కొలమానం. ఎంథాల్పీ అనేది ఒక వ్యవస్థలోని మొత్తం ఉష్ణానికి సమానం, ఇది వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి మరియు దాని ఘనపరిమాణం, పీడనం యొక్క లబ్ధానికి సమానం. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక పదార్థానికి ఎంత ఉష్ణం మరియు పని జోడించబడిందో లేదా దాని నుండి తీసివేయబడిందో ఎంథాల్పీ చూపిస్తుంది52.
పటం 5, వివిధ గ్లిసరాల్ గాఢతలతో 3PVA-(C10)2Na Alg యొక్క చర్య సమయంలో జరిగే ఎంథాల్పీ మార్పులను చూపుతుంది. A0, A1, A2, A3, A4, మరియు A5 అనే సంక్షిప్తాలు వరుసగా 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, మరియు 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly అనే నమూనా అణువులను సూచిస్తాయి. ఉష్ణోగ్రత మరియు గ్లిసరాల్ పరిమాణం పెరిగే కొద్దీ ఎంథాల్పీ పెరుగుతుందని పటం 5a చూపిస్తుంది. 200 K వద్ద 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (అనగా, A5) ను సూచించే నిర్మాణం యొక్క ఎంథాల్పీ 27.966 cal/mol, కాగా 200 K వద్ద 3PVA- 2NaAlg ను సూచించే నిర్మాణం యొక్క ఎంథాల్పీ 13.490 cal/mol. చివరగా, ఎంథాల్పీ ధనాత్మకంగా ఉన్నందున, ఈ చర్య ఉష్ణగ్రాహక చర్య.
ఎంట్రోపీని ఒక మూసివున్న ఉష్ణగతిక వ్యవస్థలో అందుబాటులో లేని శక్తి యొక్క కొలమానంగా నిర్వచిస్తారు మరియు దీనిని తరచుగా వ్యవస్థ యొక్క క్రమరాహిత్యానికి కొలమానంగా పరిగణిస్తారు. పటం 5b, ఉష్ణోగ్రతతో 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఎంట్రోపీలో మార్పును మరియు అది వివిధ గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో ఎలా సంకర్షణ చెందుతుందో చూపిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత 200 K నుండి 500 K వరకు పెరిగేకొద్దీ ఎంట్రోపీ సరళంగా మారుతుందని గ్రాఫ్ చూపిస్తుంది. 3PVA-(C10)2Na Alg నమూనా తక్కువ లాటిస్ క్రమరాహిత్యాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది కాబట్టి, 200 K వద్ద దాని ఎంట్రోపీ 200 cal/K/molకు చేరుకుంటుందని పటం 5b స్పష్టంగా చూపిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, 3PVA-(C10)2Na Alg నమూనా క్రమరహితంగా మారుతుంది మరియు పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో ఎంట్రోపీ పెరుగుదలను ఇది వివరిస్తుంది. అంతేకాకుండా, 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly యొక్క నిర్మాణం అత్యధిక ఎంట్రోపీ విలువను కలిగి ఉందని స్పష్టమవుతోంది.
ఉష్ణోగ్రతతో పాటు ఉష్ణ సామర్థ్యంలో మార్పును చూపించే పటం 5cలో కూడా ఇదే ప్రవర్తన గమనించబడింది. ఉష్ణ సామర్థ్యం అంటే, ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణంలో ఉన్న పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను 1 °C మార్చడానికి అవసరమైన ఉష్ణం యొక్క పరిమాణం⁴⁷. 1, 2, 3, 4, మరియు 5 గ్లిజరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్యల కారణంగా మోడల్ అణువు 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యంలో వచ్చే మార్పులను పటం 5c చూపిస్తుంది. మోడల్ 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యం ఉష్ణోగ్రతతో పాటు సరళంగా పెరుగుతుందని ఈ పటం చూపిస్తుంది. పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో పాటు ఉష్ణ సామర్థ్యంలో గమనించిన ఈ పెరుగుదలకు ఫోనాన్ థర్మల్ వైబ్రేషన్స్ కారణమని చెప్పవచ్చు. అదనంగా, గ్లిజరాల్ పరిమాణాన్ని పెంచడం వల్ల మోడల్ 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యం పెరుగుతుందనడానికి ఆధారాలు ఉన్నాయి. అంతేకాకుండా, ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly అత్యధిక ఉష్ణ సామర్థ్య విలువను కలిగి ఉందని నిర్మాణం చూపిస్తుంది.
అధ్యయనం చేసిన నిర్మాణాల కోసం స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు తుది నిర్మాణ ఉష్ణం వంటి ఇతర పారామితులను లెక్కించారు మరియు అవి వరుసగా పటం 5డి మరియు ఇ లలో చూపబడ్డాయి. తుది నిర్మాణ ఉష్ణం అంటే స్థిరమైన పీడనం వద్ద ఒక స్వచ్ఛమైన పదార్థం దాని మూలకాల నుండి ఏర్పడే సమయంలో విడుదలయ్యే లేదా శోషించబడే ఉష్ణం. స్వేచ్ఛా శక్తిని శక్తికి సమానమైన ఒక ధర్మంగా నిర్వచించవచ్చు, అంటే, దాని విలువ ప్రతి ఉష్ణగతిక స్థితిలోని పదార్థం యొక్క పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly యొక్క స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు నిర్మాణ ఉష్ణం అత్యల్పంగా వరుసగా -1318.338 మరియు -1628.154 kcal/mol గా ఉన్నాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే, 3PVA-(C10)2NaAlgను సూచించే నిర్మాణం అత్యధిక స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు నిర్మాణ ఉష్ణం విలువలను వరుసగా -690.340 మరియు -830.673 kcal/mol గా కలిగి ఉంది. పటం 5లో చూపినట్లుగా, గ్లిసరాల్‌తో పరస్పర చర్య కారణంగా వివిధ ఉష్ణ ధర్మాలు మారాయి. గిబ్స్ స్వేచ్ఛా శక్తి రుణాత్మకంగా ఉంది, ఇది ప్రతిపాదిత నిర్మాణం స్థిరంగా ఉందని సూచిస్తుంది.
PM6, స్వచ్ఛమైన 3PVA- (C10) 2Na Alg (మోడల్ A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (మోడల్ A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (మోడల్ A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (మోడల్ A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (మోడల్ A4), మరియు 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (మోడల్ A5) ల యొక్క ఉష్ణ పారామితులను లెక్కించింది, ఇక్కడ (a) ఎంథాల్పీ, (b) ఎంట్రోపీ, (c) ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​(d) స్వేచ్ఛా శక్తి, మరియు (e) ఏర్పడే ఉష్ణం.
మరోవైపు, PVA ట్రైమర్ మరియు డైమెరిక్ NaAlg మధ్య రెండవ పరస్పర చర్య విధానం PVA ట్రైమర్ నిర్మాణంలోని టెర్మినల్ మరియు మధ్య OH సమూహాలలో సంభవిస్తుంది. మొదటి సమూహంలో వలె, ఉష్ణ పారామితులను అదే స్థాయి సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించారు. పటం 6a-e ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ, ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు, అంతిమంగా, ఏర్పడే ఉష్ణం యొక్క వైవిధ్యాలను చూపుతుంది. 1, 2, 3, 4, 5 మరియు 6 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్య జరిపినప్పుడు Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg యొక్క ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం మొదటి సమూహం వలెనే ప్రవర్తనను ప్రదర్శిస్తాయని పటాలు 6a-c చూపిస్తున్నాయి. అంతేకాకుండా, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ వాటి విలువలు క్రమంగా పెరుగుతాయి. అదనంగా, ప్రతిపాదిత Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg నమూనాలో, గ్లిసరాల్ పరిమాణం పెరగడంతో ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం విలువలు పెరిగాయి. B0, B1, B2, B3, B4, B5 మరియు B6 అనే సంక్షిప్తాలు వరుసగా ఈ క్రింది నిర్మాణాలను సూచిస్తాయి: టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg, టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg − 1 Gly, టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg − 2gly, టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg − 3gly, టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg − 4 Gly, టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg − 5 Gly మరియు టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- మిడ్ 1 Na Alg − 6 Gly. పటం 6a–cలో చూపిన విధంగా, గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్య 1 నుండి 6కి పెరిగే కొద్దీ ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్యం విలువలు పెరుగుతాయని స్పష్టంగా తెలుస్తుంది.
PM6, స్వచ్ఛమైన టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (మోడల్ B0), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (మోడల్ B1), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (మోడల్ B2), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (మోడల్ B3), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (మోడల్ B4), టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (మోడల్ B5), మరియు టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (మోడల్ B6) యొక్క ఉష్ణ పారామితులను లెక్కించింది, వీటిలో (ఎ) ఎంతల్పీ, (బి) ఎంట్రోపీ, (సి) ఉష్ణ సామర్థ్యం, ​​(డి) స్వేచ్ఛా శక్తి, మరియు (ఇ) ఏర్పడే ఉష్ణం ఉన్నాయి.
అదనంగా, ఇతర నిర్మాణాలతో పోలిస్తే టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly ని సూచించే నిర్మాణం అత్యధిక ఎంథాల్పీ, ఎంట్రోపీ మరియు ఉష్ణ సామర్థ్య విలువలను కలిగి ఉంది. వాటిలో, వాటి విలువలు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg లో 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K మరియు 131.323 kcal/mol నుండి టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly లో వరుసగా 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K మరియు 275.923 kcal/mol కు పెరిగాయి.
అయితే, పటాలు 6d మరియు e స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు తుది నిర్మాణ ఉష్ణం (HF) యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆధారితత్వాన్ని చూపుతాయి. సహజ మరియు ప్రామాణిక పరిస్థితులలో ఒక పదార్థం దాని మూలకాల నుండి ఒక మోల్ ఏర్పడినప్పుడు సంభవించే ఎంథాల్పీ మార్పుగా HFని నిర్వచించవచ్చు. అధ్యయనం చేయబడిన అన్ని నిర్మాణాల యొక్క స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు తుది నిర్మాణ ఉష్ణం ఉష్ణోగ్రతపై సరళ ఆధారితత్వాన్ని చూపుతాయని పటం నుండి స్పష్టమవుతుంది, అనగా, అవి పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో క్రమంగా మరియు సరళంగా పెరుగుతాయి. అదనంగా, టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Glyని సూచించే నిర్మాణానికి అత్యల్ప స్వేచ్ఛా శక్తి మరియు అత్యల్ప HF ఉన్నాయని కూడా పటం నిర్ధారించింది. ఈ రెండు పారామితులు టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Glyలో -758.337 నుండి -899.741 K cal/mol నుండి -1,476.591 మరియు -1,828.523 K cal/molకు తగ్గాయి. గ్లిసరాల్ యూనిట్లు పెరిగే కొద్దీ HF తగ్గుతుందని ఫలితాల నుండి స్పష్టమవుతోంది. దీని అర్థం, ఫంక్షనల్ గ్రూపులు పెరగడం వల్ల క్రియాశీలత కూడా పెరుగుతుంది, అందువల్ల చర్యను జరపడానికి తక్కువ శక్తి అవసరమవుతుంది. దీని అధిక క్రియాశీలత కారణంగా ప్లాస్టిసైజ్డ్ PVA/NaAlgను బ్యాటరీలలో ఉపయోగించవచ్చని ఇది నిర్ధారిస్తుంది.
సాధారణంగా, ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలను రెండు రకాలుగా విభజిస్తారు: అల్ప-ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలు. అల్ప ఉష్ణోగ్రతల ప్రభావాలు ప్రధానంగా గ్రీన్‌ల్యాండ్, కెనడా మరియు రష్యా వంటి అధిక అక్షాంశాలలో ఉన్న దేశాలలో కనిపిస్తాయి. శీతాకాలంలో, ఈ ప్రదేశాలలో బయటి గాలి ఉష్ణోగ్రత సున్నా డిగ్రీల సెల్సియస్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల జీవితకాలం మరియు పనితీరు అల్ప ఉష్ణోగ్రతల వల్ల ప్రభావితం కావచ్చు, ముఖ్యంగా ప్లగ్-ఇన్ హైబ్రిడ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు, స్వచ్ఛమైన ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు మరియు హైబ్రిడ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలలో ఉపయోగించే బ్యాటరీల విషయంలో ఇది జరుగుతుంది. అంతరిక్ష ప్రయాణం అనేది లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అవసరమయ్యే మరో శీతల వాతావరణం. ఉదాహరణకు, అంగారక గ్రహంపై ఉష్ణోగ్రత -120 డిగ్రీల సెల్సియస్‌కు పడిపోవచ్చు, ఇది అంతరిక్ష నౌకలలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల వాడకానికి ఒక ముఖ్యమైన అడ్డంకిగా నిలుస్తుంది. తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ఛార్జ్ బదిలీ రేటు మరియు రసాయన చర్యల క్రియాశీలత తగ్గడానికి దారితీయవచ్చు, దీని ఫలితంగా ఎలక్ట్రోడ్ లోపల లిథియం అయాన్ల వ్యాప్తి రేటు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లో అయానిక వాహకత తగ్గుతుంది. ఈ క్షీణత శక్తి సామర్థ్యం మరియు పవర్ తగ్గడానికి, కొన్నిసార్లు పనితీరు తగ్గడానికి కూడా దారితీస్తుంది53.
అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం అధిక మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వాతావరణాలతో సహా విస్తృత శ్రేణి అనువర్తన వాతావరణాలలో సంభవిస్తుంది, అయితే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం ప్రధానంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రత అనువర్తన వాతావరణాలకు మాత్రమే పరిమితమై ఉంటుంది. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం ప్రాథమికంగా పరిసర ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాన్ని సాధారణంగా ఆపరేషన్ సమయంలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ లోపల ఉండే అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు మరింత కచ్చితంగా ఆపాదించవచ్చు.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు అధిక కరెంట్ పరిస్థితులలో (వేగవంతమైన ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్‌తో సహా) వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి, దీనివల్ల అంతర్గత ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు గురికావడం వల్ల సామర్థ్యం మరియు శక్తి నష్టంతో సహా బ్యాటరీ పనితీరు క్షీణత కూడా సంభవించవచ్చు. సాధారణంగా, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం నష్టపోవడం మరియు క్రియాశీల పదార్థాలు తిరిగి ఏర్పడటం వల్ల సామర్థ్యం తగ్గుతుంది, మరియు అంతర్గత నిరోధకత పెరగడం వల్ల శక్తి నష్టం జరుగుతుంది. ఉష్ణోగ్రత అదుపు తప్పితే, థర్మల్ రన్‌అవే సంభవిస్తుంది, ఇది కొన్ని సందర్భాల్లో ఆకస్మిక దహనానికి లేదా పేలుడుకు కూడా దారితీయవచ్చు.
QSAR గణనలు అనేవి సమ్మేళనాల జీవసంబంధ కార్యకలాపాలు మరియు నిర్మాణ లక్షణాల మధ్య సంబంధాలను గుర్తించడానికి ఉపయోగించే ఒక గణన లేదా గణిత నమూనా పద్ధతి. రూపొందించిన అన్ని అణువులను ఆప్టిమైజ్ చేసి, కొన్ని QSAR లక్షణాలను PM6 స్థాయిలో లెక్కించారు. పట్టిక 3, లెక్కించిన కొన్ని QSAR డిస్క్రిప్టర్‌లను జాబితా చేస్తుంది. అటువంటి డిస్క్రిప్టర్‌లకు ఉదాహరణలు: చార్జ్, TDM, మొత్తం శక్తి (E), అయనీకరణ పొటెన్షియల్ (IP), లాగ్ P, మరియు పోలరైజబిలిటీ (IP మరియు లాగ్ P లను నిర్ధారించే సూత్రాల కోసం పట్టిక 1 చూడండి).
గణన ఫలితాల ప్రకారం, అధ్యయనం చేయబడిన అన్ని నిర్మాణాలు భూస్థితిలో ఉన్నందున వాటి మొత్తం ఆవేశం సున్నా అని తెలుస్తోంది. మొదటి పరస్పర చర్య సంభావ్యత కొరకు, గ్లిసరాల్ యొక్క TDM 2.788 డెబై మరియు 3PVA-(C10) 2Na Alg కొరకు 6.840 డెబైగా ఉంది, అయితే 3PVA-(C10) 2Na Alg వరుసగా 1, 2, 3, 4 మరియు 5 యూనిట్ల గ్లిసరాల్‌తో పరస్పర చర్య జరిపినప్పుడు TDM విలువలు 17.990 డెబై, 8.848 డెబై, 5.874 డెబై, 7.568 డెబై మరియు 12.779 డెబైలకు పెరిగాయి. TDM విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, పర్యావరణంతో దాని చర్యాశీలత అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.
మొత్తం శక్తి (E) కూడా లెక్కించబడింది, మరియు గ్లిసరాల్ మరియు 3PVA-(C10)2 NaAlg యొక్క E విలువలు వరుసగా -141.833 eV మరియు -200092.503 eV గా కనుగొనబడ్డాయి. అదే సమయంలో, 3PVA-(C10)2 NaAlg ను సూచించే నిర్మాణాలు 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో చర్య జరిపినప్పుడు; E విలువలు వరుసగా -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 మరియు -1548.031 eV అవుతాయి. గ్లిసరాల్ పరిమాణాన్ని పెంచడం వల్ల మొత్తం శక్తి తగ్గి, తద్వారా చర్యాశీలత పెరుగుతుంది. మొత్తం శక్తి గణన ఆధారంగా, 3PVA-2Na Alg-5 Gly అనే నమూనా అణువు ఇతర నమూనా అణువుల కంటే ఎక్కువ చర్యాశీలతను కలిగి ఉందని నిర్ధారించబడింది. ఈ దృగ్విషయం వాటి నిర్మాణానికి సంబంధించినది. 3PVA-(C10)2NaAlg లో కేవలం రెండు -COONa సమూహాలు మాత్రమే ఉంటాయి, అయితే ఇతర నిర్మాణాలలో రెండు -COONa సమూహాలు ఉన్నప్పటికీ అనేక OH సమూహాలు ఉంటాయి, దీని అర్థం పర్యావరణం పట్ల వాటి చర్యాశీలత పెరిగింది.
అదనంగా, ఈ అధ్యయనంలో అన్ని నిర్మాణాల అయనీకరణ శక్తులు (IE) పరిగణించబడ్డాయి. అధ్యయనం చేయబడిన నమూనా యొక్క క్రియాశీలతను కొలవడానికి అయనీకరణ శక్తి ఒక ముఖ్యమైన పరామితి. ఒక అణువులోని ఒక బిందువు నుండి అనంతానికి ఎలక్ట్రాన్‌ను తరలించడానికి అవసరమైన శక్తిని అయనీకరణ శక్తి అంటారు. ఇది అణువు యొక్క అయనీకరణ స్థాయిని (అంటే క్రియాశీలతను) సూచిస్తుంది. అయనీకరణ శక్తి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, క్రియాశీలత అంత తక్కువగా ఉంటుంది. 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో చర్య జరిపే 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క IE ఫలితాలు వరుసగా -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 మరియు -9.323 eV కాగా, గ్లిసరాల్ మరియు 3PVA-(C10)2NaAlg యొక్క IEలు వరుసగా -5.157 మరియు -9.341 eVగా ఉన్నాయి. గ్లిసరాల్‌ను కలపడం వల్ల IP విలువ తగ్గి, అణువుల క్రియాశీలత పెరిగింది, ఇది విద్యుత్ రసాయన పరికరాలలో PVA/NaAlg/గ్లిసరాల్ నమూనా అణువు యొక్క అనువర్తనీయతను మెరుగుపరుస్తుంది.
పట్టిక 3లోని ఐదవ వివరణకర్త లాగ్ P, ఇది విభజన గుణకం యొక్క సంవర్గమానం మరియు అధ్యయనం చేయబడుతున్న నిర్మాణం జలాకర్షణీయమా లేదా జలవికర్షణీయమా అని వివరించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. రుణాత్మక లాగ్ P విలువ జలాకర్షణీయ అణువును సూచిస్తుంది, అంటే అది నీటిలో సులభంగా కరుగుతుంది మరియు సేంద్రీయ ద్రావకాలలో తక్కువగా కరుగుతుంది. ధనాత్మక విలువ దీనికి వ్యతిరేక ప్రక్రియను సూచిస్తుంది.
పొందిన ఫలితాల ఆధారంగా, అన్ని నిర్మాణాలు హైడ్రోఫిలిక్ అని నిర్ధారించవచ్చు, ఎందుకంటే వాటి లాగ్ P విలువలు (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly మరియు 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) వరుసగా -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 మరియు -8.504 కాగా, గ్లిసరాల్ యొక్క లాగ్ P విలువ కేవలం -1.081 మరియు 3PVA-(C10)2Na Alg విలువ కేవలం -3.100. దీని అర్థం ఏమిటంటే, అధ్యయనం చేయబడుతున్న నిర్మాణంలోకి నీటి అణువులు చేర్చబడినప్పుడు, ఆ నిర్మాణం యొక్క లక్షణాలు మారుతాయి.
చివరగా, అన్ని నిర్మాణాల ధ్రువణశీలతలను కూడా ఒక అర్ధ-అనుభావిక పద్ధతిని ఉపయోగించి PM6 స్థాయిలో లెక్కించారు. చాలా పదార్థాల ధ్రువణశీలత వివిధ కారకాలపై ఆధారపడి ఉంటుందని ఇదివరకే గమనించబడింది. అధ్యయనం చేయబడుతున్న నిర్మాణం యొక్క ఘనపరిమాణం అత్యంత ముఖ్యమైన కారకం. 3PVA మరియు 2NaAlg మధ్య మొదటి రకం పరస్పర చర్యను కలిగి ఉన్న అన్ని నిర్మాణాలకు (ఈ పరస్పర చర్య 10వ కార్బన్ పరమాణువు ద్వారా జరుగుతుంది), గ్లిసరాల్‌ను జోడించడం ద్వారా ధ్రువణశీలత మెరుగుపడుతుంది. 1, 2, 3, 4 మరియు 5 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్యల కారణంగా ధ్రువణశీలత 29.690 Å నుండి 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 మరియు 54.638 Å లకు పెరుగుతుంది. ఈ విధంగా, అత్యధిక ధ్రువణశీలత కలిగిన నమూనా అణువు 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly అని, మరియు అత్యల్ప ధ్రువణశీలత కలిగిన నమూనా అణువు 3PVA-(C10)2NaAlg అని (దీని ధ్రువణశీలత 29.690 Å) కనుగొనబడింది.
QSAR డిస్క్రిప్టర్ల మూల్యాంకనం ప్రకారం, మొదటి ప్రతిపాదిత పరస్పర చర్యకు 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly ను సూచించే నిర్మాణం అత్యంత చురుకైనదని వెల్లడైంది.
PVA ట్రైమర్ మరియు NaAlg డైమర్ మధ్య రెండవ పరస్పర చర్య విధానం కొరకు, వాటి ఆవేశాలు మొదటి పరస్పర చర్య కోసం మునుపటి విభాగంలో ప్రతిపాదించిన వాటిని పోలి ఉన్నాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అన్ని నిర్మాణాలకు ఎలక్ట్రానిక్ ఆవేశం సున్నా, అంటే అవన్నీ భూస్థితిలో ఉన్నాయి.
పట్టిక 4లో చూపిన విధంగా, టర్మ్ 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg, 1, 2, 3, 4, 5, మరియు 6 యూనిట్ల గ్లిజరాల్‌తో చర్య జరిపినప్పుడు, దాని TDM విలువలు (PM6 స్థాయిలో లెక్కించబడినవి) 11.581 డెబై నుండి 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, మరియు 15.756 లకు పెరిగాయి. అయితే, గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్య పెరిగే కొద్దీ మొత్తం శక్తి తగ్గుతుంది, మరియు Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg ఒక నిర్దిష్ట సంఖ్యలో గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో (1 నుండి 6 వరకు) చర్య జరిపినప్పుడు, మొత్తం శక్తి వరుసగా − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, మరియు − 1637.432 eV గా ఉంటుంది.
రెండవ పరస్పర చర్య సంభావ్యత కోసం, IP, Log P మరియు ధ్రువణీయతను కూడా PM6 సిద్ధాంత స్థాయిలో లెక్కించారు. అందువల్ల, వారు అణు క్రియాశీలత యొక్క మూడు అత్యంత శక్తివంతమైన వర్ణనకారులను పరిగణించారు. 1, 2, 3, 4, 5 మరియు 6 గ్లిజరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్య జరిపే End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Algను సూచించే నిర్మాణాల కోసం, IP −9.385 eV నుండి −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 మరియు −8.900 eVలకు పెరుగుతుంది. అయితే, గ్లిజరాల్‌తో End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg యొక్క ప్లాస్టిసైజేషన్ కారణంగా లెక్కించిన Log P విలువ తక్కువగా ఉంది. గ్లిసరాల్ పరిమాణం 1 నుండి 6 కు పెరిగేకొద్దీ, దాని విలువలు -3.643 కు బదులుగా -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 మరియు -10.53 గా మారాయి. చివరగా, గ్లిసరాల్ పరిమాణాన్ని పెంచడం వల్ల టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg యొక్క పోలరైజబిలిటీ పెరిగిందని పోలరైజబిలిటీ డేటా చూపించింది. 6 గ్లిసరాల్ యూనిట్లతో పరస్పర చర్య తర్వాత టర్మ్ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg అనే నమూనా అణువు యొక్క పోలరైజబిలిటీ 31.703 Å నుండి 63.198 Å కు పెరిగింది. గమనించాల్సిన ముఖ్య విషయం ఏమిటంటే, అధిక సంఖ్యలో పరమాణువులు మరియు సంక్లిష్టమైన నిర్మాణం ఉన్నప్పటికీ, గ్లిసరాల్ పరిమాణం పెరిగేకొద్దీ పనితీరు మెరుగుపడుతుందని నిర్ధారించడానికి, రెండవ పరస్పర చర్య సంభావ్యతలో గ్లిసరాల్ యూనిట్ల సంఖ్యను పెంచడం జరిగింది. అందువల్ల, అందుబాటులో ఉన్న PVA/Na Alg/గ్లిజరిన్ నమూనా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను పాక్షికంగా భర్తీ చేయగలదని చెప్పవచ్చు, కానీ దీనికి మరింత పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి అవసరం.
ఒక ఉపరితలానికి అధిశోషకంతో ఉండే బంధన సామర్థ్యాన్ని వర్గీకరించడానికి మరియు వ్యవస్థల మధ్య ఉండే ప్రత్యేకమైన పరస్పర చర్యలను మూల్యాంకనం చేయడానికి, ఏవైనా రెండు పరమాణువుల మధ్య ఉన్న బంధం రకం, అంతర అణు మరియు అంతర్గత అణు పరస్పర చర్యల సంక్లిష్టత, మరియు ఉపరితలం మరియు అధిశోషకం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత పంపిణీ గురించి జ్ఞానం అవసరం. QTAIM విశ్లేషణలో బంధ బలాన్ని అంచనా వేయడానికి, పరస్పరం చర్య జరిపే పరమాణువుల మధ్య బంధ క్లిష్ట బిందువు (BCP) వద్ద ఉండే ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత చాలా కీలకం. ఎలక్ట్రాన్ ఆవేశ సాంద్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, సమయోజనీయ పరస్పర చర్య అంత స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా, ఈ క్లిష్ట బిందువుల వద్ద ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత కూడా అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. అంతేకాకుండా, మొత్తం ఎలక్ట్రాన్ శక్తి సాంద్రత (H(r)) మరియు లాప్లేస్ ఆవేశ సాంద్రత (∇2ρ(r)) రెండూ 0 కంటే తక్కువగా ఉంటే, ఇది సమయోజనీయ (సాధారణ) పరస్పర చర్యల ఉనికిని సూచిస్తుంది. మరోవైపు, ∇2ρ(r) మరియు H(r) 0.54 కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ఇది బలహీనమైన హైడ్రోజన్ బంధాలు, వాన్ డెర్ వాల్స్ బలాలు మరియు స్థిర విద్యుత్ పరస్పర చర్యల వంటి అసమయోజనీయ (క్లోజ్డ్ షెల్) పరస్పర చర్యల ఉనికిని సూచిస్తుంది. పటాలు 7 మరియు 8లో చూపిన విధంగా, అధ్యయనం చేయబడిన నిర్మాణాలలో అసంయోజక పరస్పర చర్యల స్వభావాన్ని QTAIM విశ్లేషణ వెల్లడించింది. ఈ విశ్లేషణ ఆధారంగా, 3PVA − 2Na Alg మరియు Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg లను సూచించే నమూనా అణువులు, వేర్వేరు గ్లైసిన్ యూనిట్లతో పరస్పరం చర్య జరిపే అణువుల కంటే అధిక స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శించాయి. దీనికి కారణం, ఆల్జినేట్ నిర్మాణంలో ఎక్కువగా ఉండే స్థిర విద్యుత్ పరస్పర చర్యలు మరియు హైడ్రోజన్ బంధాల వంటి అనేక అసంయోజక పరస్పర చర్యలు, మిశ్రమాలను స్థిరీకరించడానికి ఆల్జినేట్‌కు వీలు కల్పిస్తాయి. అంతేకాకుండా, 3PVA − 2Na Alg మరియు Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg నమూనా అణువులు మరియు గ్లైసిన్ మధ్య ఉన్న అసంయోజక పరస్పర చర్యల ప్రాముఖ్యతను మా ఫలితాలు ప్రదర్శిస్తున్నాయి. ఇది, మిశ్రమాల మొత్తం ఎలక్ట్రానిక్ వాతావరణాన్ని సవరించడంలో గ్లైసిన్ ఒక ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుందని సూచిస్తుంది.
(ఎ) 0 Gly, (బి) 1 Gly, (సి) 2 Gly, (డి) 3 Gly, (ఇ) 4 Gly, మరియు (ఎఫ్) 5Gly లతో పరస్పర చర్య జరిపే నమూనా అణువు 3PVA − 2NaAlg యొక్క QTAIM విశ్లేషణ.