Simulaties om inzicht in elektrokinetisch transport betrouwbaarder maken

Onderzoeker Remco Hartkamp en promovendus Max Döpke van de afdeling Process & Energy hebben een belangrijke stap gezet in het betrouwbaarder maken van simulatieresultaten bij elektrokinetisch transport door het inzetten van moleculaire simulaties. Bij elektrokinetisch transport spelen ionen een belangrijke rol voor het transport van een vloeistof door nauwe poriën of van vaste deeltjes door een vloeistof. Dergelijke transporteigenschappen zijn belangrijk bij veel nanotechnologische of elektrochemische toepassingen en in colloïdale suspensies voor bijvoorbeeld farmaceutische toepassingen. De onderzoeksresultaten zijn deze week gepubliceerd in the Journal of Chemical Physics.

Elektrokinetisch transport wordt zowel experimenteel als met behulp van moleculaire simulaties actief onderzocht, soms met zeer uiteenlopende resultaten. Deze uiteenlopende resultaten maken het lastig te bepalen wat correct is. Vaak worden er modellen gebruikt om experimenteel gemeten data te interpreteren. Zulke modellen kunnen heel nauwkeurig zijn onder bepaalde omstandigheden, en heel onnauwkeurig onder andere omstandigheden. Hartkamp en Döpke gebruiken moleculaire simulaties waarbij zij toegang hebben tot gedetailleerdere data op moleculair niveau. De interpretatie van dergelijke simulaties hangt niet af van modellen, waardoor simulaties een belangrijk instrument kunnen zijn om een beter inzicht te krijgen in elektrokinetische eigenschappen en een betere interpretatie van experimenten mogelijk te maken. Moleculaire simulaties zijn echter afhankelijk van een correcte beschrijving van moleculaire interacties. De onderzoekers ontdekten dat elektrokinetische eigenschappen vooral sterk afhangen van de moleculaire interacties tussen de vaste stof en de ionen. Deze interacties pasten zij vervolgens dusdanig aan dat de simulatieresultaten goed overeenkwamen met experimentele data onder unieke condities waar weinig twijfel bestaat over de interpretatie.

Remco Hartkamp: “Dankzij deze nieuwe aanpak kunnen wij erop vertrouwen dat onze simulaties de werkelijkheid weergeven. Dit kan dan weer ingezet worden om duidelijkheid te verschaffen onder condities waar experimentele studies geen eenduidig beeld geven. Daarnaast kunnen we hiermee precies ‘zien’ hoe ionen en watermoleculen zich verdelen en hoe zij zich bewegen dichtbij een vast oppervlak.”