Altın nanoparçacıklı sistemlerin moleküler dinamik simülasyon yöntem ile incelenmesi
Investigation of gold nanoparticle systems with molecular dynamics simulation method
Yazar: AYŞE ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE MİNE ÇAPAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Moleküler dinamik benzetimi = Molecular dynamic simulation ; Tanecik kümeleşmesi = Partical aggregation

Özet:
Bu tez çalışmasında, çeşitli ligandlarla kaplı altın nanoparçacık (ANP) içeren sistemlerin atomistik moleküler dinamik (MD) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. ANP'lerin toplanma davranışlarında fonksiyonel grup ve çevre etkisi, su, etanol ve toluen ortamlarında 4 NP'den oluşan sistemlerde incelenmiş, tek nanoparçacıklı sistemlerde ise ligand moleküllerinin yapısal özellikleri, etanol ve toluen ortamlarında araştırılmıştır. ANP'ler polarlığı sırasıyla azalan COOH, OH, NH2 ve polar olmayan CH3 uç gruplu -S(CH2)11(X) molekül yapılı alkantiyol ligandlar ile kaplanmıştır. Simülasyonlar, GROMOS kuvvet alanı kullanılarak, GROMACS programı ile gerçekleştirilmiştir. Toplanma davranışlarının incelendiği sistemlerde MD yörünge bilgilerinden, ANP'ler arasındaki kütle merkezi uzaklıkları, radyal dağılım fonksiyonları, difüzyon katsayıları, jirasyon yarıçapları ve H bağ sayıları hesaplanmıştır. Bu sistemlerde ANP'lerin, uç gruplara ve ortama bağlı olarak farklı toplanma/ayrışma davranışları sergiledikleri bulunmuştur. Sonuçlar, yüzey ve çevre özelliklerinin değiştirilmesiyle, toplanma davranışının kontrol edilebileceğini göstermektedir. Tek ANP'li sistemlerin simülasyonlarından radyal dağılım fonksiyonları, difüzyon katsayıları, jirasyon yarıçapları, H bağ sayıları, ligand moleküllerinin eylemsizlik momentleri, eylemsizlik tensör anizotropileri, moleküler uzunluk dağılımları hesaplanmıştır. Ligand molekülündeki uç grubun ve çevre molekülündeki polarlığın, ligand moleküllerinin yapısında etkili olabileceği bulunmuştur.

Abstract:
In this thesis, atomistic molecular dynamics (MD) simulations of the systems consisting of gold nanoparticles (GNP) coated with several ligands were performed. Effects of the functional group and environment on aggregation behaviors of GNPs were investigated for the systems with 4 NPs in the water, ethanol and toluene environments, the structural properties of ligand molecules were analyzed for the single-particle systems in ethanol and toluene environments. GNPs were coated with -S(CH2)11(X) molecular structured alkanethiol ligands separately contain terminal groups of COOH, OH, NH2, whose polarity decreases respectively, and nonpolar CH3. Simulations were performed with GROMACS program by using GROMOS force field. Center of mass distances between GNPs, radial distribution functions, diffusion coefficients, the radius of gyration of the GNPs and H bond numbers were computed via MD trajectory information of the systems which aggregation behavior is investigated. In these systems, it is found that GNPs exhibit different aggregation/dissociation behaviors depending upon terminal groups and environments. Results show that, aggregation behavior can be controlled by varying surface and environment properties. From the simulations of the single-particle systems, radial distribution functions, diffusion coefficients, the radius of gyration of the GNPs and H bond numbers, the moments of inertia and the inertia tensor anisotropies of the ligand molecules, molecular lengths were computed. It is observed that polarity of the terminal groups and environment molecules may be effective in the structure of the ligand molecules.