Molecular structure and mobility of highly oxygenated aerosol components

Τα ατμοσφαιρικά οργανικά αεροζόλ αποτελούνται από μεγάλο πλήθος οργανικών ενώσεων που προκύπτουν από την οξείδωση πτητικών οργανικών ενώσεων στην ατμόσφαιρα. Πολλές από αυτές τις ενώσεις παρουσιάζουν πολύπλοκη μοριακή δομή, η οποία επηρεάζει σημαντικά τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες, την κινητικότητα τους καθώς και τη συμμετοχή τους σε ατμοσφαιρικές διεργασίες. Η πειραματική μελέτη τέτοιων συστημάτων είναι συχνά δύσκολη, γεγονός που καθιστά τις μοριακές προσομοιώσεις ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο για τη διερεύνηση των ιδιοτήτων τους σε μικροσκοπική (ατομιστική) κλίμακα.

 

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η επίδραση της μοριακής δομής και των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων στην κινητικότητα και τη δομική οργάνωση οργανικών ενώσεων υψηλής ατμοσφαιρικής σημασίας, όπως το terebic acid (TER) και το diaterpenylic acid acetate (DTAA). Οι ενώσεις αυτές αποτελούν σημαντικά προϊόντα οξείδωσης βιογενών πτητικών οργανικών ενώσεων και παρουσιάζουν υψηλό βαθμό λειτουργικοποίησης, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη ισχυρών διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, όπως οι δεσμοί υδρογόνου, που επηρεάζουν τη μοριακή κινητικότητα και τη δυναμική των συστημάτων.

 

Ο φοιτητής θα εξοικειωθεί αρχικά με το υπολογιστικό περιβάλλον που απαιτείται για την εκτέλεση μοριακών προσομοιώσεων, συμπεριλαμβανομένης της εργασίας σε περιβάλλον Linux, της χρήσης bash scripting και της αξιοποίησης high-performance computing clusters (HPC). Στη συνέχεια θα εκπαιδευτεί στις βασικές αρχές των μοριακών προσομοιώσεων, με έμφαση στη μέθοδο της μοριακής δυναμικής (molecular dynamics, MD), και θα πραγματοποιήσει προσομοιώσεις για τη μελέτη του συντελεστή διάχυσης και της μικροσκοπικής δομής των συστημάτων. Η ανάλυση θα περιλαμβάνει τον υπολογισμό των συντελεστών διάχυσης μέσω της χρονικής εξέλιξης της μέσης τετραγωνικής μετατόπισης των μορίων (mean square displacement, MSD), καθώς και τη διερεύνηση της δομικής οργάνωσης και των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων μέσα στο κελί της προσομοίωσης.