Drastic-yet-distinct alterations in rarefied gas transport of CO2 and propane in nanochannels by finely-tuning surface characteristics
Notice bibliographique
Résumé
• Under ambient conditions in nanochannels, CO 2 self-diffusivity is only half of that of propane, against the Knudsen theory. • Finely-tuning surface properties boosts CO 2 self-diffusivities by ∼ 290 % versus ∼ 35 % for propane. • The distinct alteration of transport is achieved by prohibiting CO 2 penetration and consequently limiting its rotations. • CO 2 individual molecular behaviors are more sensitive to the surface characteristics compared to propane. Rarefied gas transports with similar molecular weights (such as CO 2 and propane) render similar Knudsen diffusivity in nanochannels. Nevertheless, by using molecular dynamics (MD) simulations, we find that the Knudsen theory breaks down for rarefied CO 2 and propane transport in β-cristobalite nanochannels with width of 5 nm under ambient conditions (298 K and 1 atm): CO 2 self-diffusivity is only half of that of propane. The drastic differences in their self-diffusivity are due to the penetration of CO 2 into the three-dimensional hexagonal ring structures on β-cristobalite surface, resulting in substantial CO 2 rotations and curved topological accessible plane, which are detrimental to its diffusion. In contrast, propane cannot penetrate into pore surface. On the other hand, by finely-tuning surface properties (the size of surface oxygen atoms), we observe drastic-yet-distinct alterations in their self-diffusivities: the enhancement in CO 2 self-diffusivities is more than 8-fold of that for propane (290 % v.s. 35 %). This is achieved by prohibiting CO 2 penetration and consequently limiting its rotations, thereby largely promoting its transport. On the other hand, the bending structure of propane, coupled with its larger size, always prevents its penetration into regular or tuned (pseudo) surface. Our study indicates that the collective effects of fluid and surface characteristics are instrumental to rarefied gas transport in nanochannels which are largely overlooked in conventional diffusion models and previous experimental as well as simulation studies. This work offers novel insights into rarefied gas transport mechanisms and the development and optimization of advanced materials for gas capture and separation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».