Témakiírások
Elektrolitok pórusos rendszerekben való viselkedésének tanulmányozása számítógépes modellezéssel
témakiírás címe
Elektrolitok pórusos rendszerekben való viselkedésének tanulmányozása számítógépes modellezéssel
intézmény
doktori iskola
témakiíró
társtémakiíró
tudományág
témakiírás leírása
Elektrolitok viselkedése pórusos rendszerekben épp olyan fontos élettani (lásd biológiai ioncsatornák), mint technológiai szempontból. Utóbbira példa a szuperkondenzátorok, a sótalanítás, ioncserélők, elektrokinetikai jelenségek (elektroozmózis, elektroforézis), illetve a nanopórusok rengeteg alkalmazása akár az energiakonverzió, akár szenzorok területén.
A jelölt feladata, hogy bekapcsolódjon a Komplex Molekuláris Rendszerek Kutatócsoport munkájába és új tudományos eredményeket érjen el a nanopórusos rendszerek egyensúlyi és nem-egyensúlyi viselkedésének tanulmányozásában. Egyensúlyban a töltött pórusok falainál kialakuló kettősrétegek szerkezete a fő kérdés, míg egyensúly hiányában ezen túl a póruson keresztül folyó transzport (ion és víz) függése a rendszer strukturális és termodinamikai tulajdonságaitól. A vizsgálatok során egyszerű modelleket kell alkotni a jelenségek vizsgálatára, majd ezeket különböző számítógépes szimulációs módszerekkel vizsgálni. Ezek a módszerek a Nernst-Planck illetve a Navier-Stokes transzportegyenleteken alapulnak, amelyekhez kapcsolódva vagy a Poisson-Boltzmann elméletet, vagy a Monte Carlo szimulációt használják az elektrolit szerkezetének leírására. A Brown-dinamikai szimulációs módszerrel az iontranszportot közvetlenül szimulálják. Ezen sokféle módszer használata alkalmat ad egy multiskálás módszertan alkalmazására, ami kihasználja a különböző módszerek előnyeit a különböző jelenségek vizsgálatára.
A vizsgálatok során különös figyelmet fog kapni az ionszelektivitás jelensége, ahol a pórus kationszelektivitásának különös jelentősége van mind az energiakonverzió, mind az elektrokinetikus jelenségek esetén. Új kutatási iránynak számít a Donnan-egyensúly vizsgálata, amikor is a pórusban lévő elektrolit dielektromos állandója különbözhet a tömbfázis dielektromos állandójától (nem-ozmotikus egyensúly). A pórus lehet akár töltött falak által határolt rés („slit”), hengerszimmetrikus csatorna, vagy akár gömbszimmetria esetén üreg („cavity”) is.
A jelölt feladata a jelenségek és módszerek mögött álló fizikai-kémiai elvek megtanulása, a módszertan készségszintű elsajátítása, a témavezetőkkel együttműködve kutatási tervek összeállítása, a szimulációk végrehajtása, az eredmények kiértékelése, és a lényeges tanulságok publikációkban való megfogalmazása.
A jelölt feladata, hogy bekapcsolódjon a Komplex Molekuláris Rendszerek Kutatócsoport munkájába és új tudományos eredményeket érjen el a nanopórusos rendszerek egyensúlyi és nem-egyensúlyi viselkedésének tanulmányozásában. Egyensúlyban a töltött pórusok falainál kialakuló kettősrétegek szerkezete a fő kérdés, míg egyensúly hiányában ezen túl a póruson keresztül folyó transzport (ion és víz) függése a rendszer strukturális és termodinamikai tulajdonságaitól. A vizsgálatok során egyszerű modelleket kell alkotni a jelenségek vizsgálatára, majd ezeket különböző számítógépes szimulációs módszerekkel vizsgálni. Ezek a módszerek a Nernst-Planck illetve a Navier-Stokes transzportegyenleteken alapulnak, amelyekhez kapcsolódva vagy a Poisson-Boltzmann elméletet, vagy a Monte Carlo szimulációt használják az elektrolit szerkezetének leírására. A Brown-dinamikai szimulációs módszerrel az iontranszportot közvetlenül szimulálják. Ezen sokféle módszer használata alkalmat ad egy multiskálás módszertan alkalmazására, ami kihasználja a különböző módszerek előnyeit a különböző jelenségek vizsgálatára.
A vizsgálatok során különös figyelmet fog kapni az ionszelektivitás jelensége, ahol a pórus kationszelektivitásának különös jelentősége van mind az energiakonverzió, mind az elektrokinetikus jelenségek esetén. Új kutatási iránynak számít a Donnan-egyensúly vizsgálata, amikor is a pórusban lévő elektrolit dielektromos állandója különbözhet a tömbfázis dielektromos állandójától (nem-ozmotikus egyensúly). A pórus lehet akár töltött falak által határolt rés („slit”), hengerszimmetrikus csatorna, vagy akár gömbszimmetria esetén üreg („cavity”) is.
A jelölt feladata a jelenségek és módszerek mögött álló fizikai-kémiai elvek megtanulása, a módszertan készségszintű elsajátítása, a témavezetőkkel együttműködve kutatási tervek összeállítása, a szimulációk végrehajtása, az eredmények kiértékelése, és a lényeges tanulságok publikációkban való megfogalmazása.
felvehető hallgatók száma
1 fő
helyszín
PE MK Természettudományi Központ, Komplex Molekuláris Rendszerek Kutatócsoport
jelentkezési határidő
2024-01-12