دانشمندان روسی از دینامیک مولکولی برای مدلسازی رفتار یک نانوکپسول «پر کن و قفل کن» استفاده کرده‌اند. طراحی قفس بسته می‌تواند روشی ایمن و موثر برای ذخیره گازهایی همچون متان در شرایط معمولی باشد.
استفاده از قفل نانوذره‌ای برای ذخیره گاز
دانشمندان روسی از دینامیک مولکولی برای مدلسازی رفتار یک نانوکپسول «پر کن و قفل کن» استفاده کرده‌اند. طراحی قفس بسته می‌تواند روشی ایمن و موثر برای ذخیره گازهایی همچون متان در شرایط معمولی باشد.
این ساختار قفسی از یک سری نانولوله‌های مختلف با قطرهای (۲۰،۲۰)، (۱۰،۱۰) و (۸،۸) تشکیل شده است و درون آن یک کمپلکس درون‌وجهی (K@C60) با بار مثبت قرار دارد. می‌توان با اعمال میدان الکتریکی این کمپلکس درون‌وجهی را جابه‌جا کرده و ابزار تشکیل شده را قفل و یا باز کرد.
عملکرد این نانوکپسول‌ها را می‌توان به چند مرحله تقسیم کرد: جذب، ذخیره‌سازی، واجذب. در طول فرایند جذب، کمپلکس درون‌وجهی K@C60 نزدیک ته نانوکپسول قرار می‌گیرد. مولکول‌های متان از طریق حفره موجود در سر نانوکپسول به درون آن نفوذ کرده و روی دیواره‌های داخلی آن جذب می‌شوند. برای رسیدن به مرحله ذخیره‌سازی، باید حفره موجود در نانوکپسول بسته شود. کمپلکس K@C60 در اثر اعمال یک میدان الکتریکی به سمت حفره موجود در سر کپسول حرکت کرده و با قرار گرفتن در مقابل این منفذ، آن را می‌بندد؛ بدین ترتیب مولکول‌های متان دیگر نمی‌توانند از کپسول خارج شوند.
زمانی که K@C60 به ناحیه (۸،۸) نانوکپسول می‌رسد، متوقف می‌شود، زیرا فضای داخلی ناحیه (۸،۸) کوچک‌تر از قطر K@C60 بوده و از حرکت بیشتر آن جلوگیری می‌کند. به دلیل فشار متان و نیروهای موئین، حتی زمانی که میدان الکتریکی را قطع نماییم، K@C60 در حالت قفل باقی می‌ماند.
حال مرحله ذخیره متان آغاز می‌شود. در این مرحله، وضعیت ترمودینامیکی خارجی به حالت عادی بازمی‌گردد. به دلیل انبساط متان درون نانوکپسول، K@C60 به بخش ابتدایی ناحیه (۸،۸) هل داده می‌شود. در این حالت K@C60 از خروج مولکول‌های متان از درون نانوکپسول جلوگیری می‌کند، زیرا فاصله میان دیواره‌های نانولوله و کمپلکس درون‌وجهی برای عبور گاز کافی نیست.
در طول مرحله واجذب، K@C60 در اثر اعمال میدان الکتریکی به تهِ نانوکپسول باز می‌گردد. به دلیل فشار بالای درون نانوکپسول، مولکول‌های متان فضای داخلی را ترک می‌کنند. بخش قابل توجهی از متان درون بخش‌های (۱۰،۱۰) و (۸،۸) نانوکپسول باقی می‌ماند.
برای خالی کردن کامل گاز متان از درون نانوکپسول، K@C60 با استفاده از میدان الکتریکی به سمت ناحیه (۱۰،۱۰) جابه‌جا شده و گاز متان را به سمت بیرون فشار می دهد. سپس K@C60 به تهِ نانوکپسول باز می‌گردد. مولکول‌های متان دوباره در ناحیه (۱۰،۱۰) تجمع نموده و K@C60 با حرکت مجدد به این ناحیه آنها را به سمت بیرون می‌راند. این کار تا زمانی که تمام مولکول‌های متان از نانوکپسول خارج شوند، ادامه می یابد.
