分子动力学模拟乙醇／水二元混合物的扩散性质

采用分子动力学方法模拟乙醇／水混合物的扩散性质．模拟中乙醇分子采用点点刚性模型,水分子采用TIP4P模型,在全浓度范围内计算乙醇和水的自扩散系数,分别与实验值和文献的MD模拟值比较．水溶液中,水的自扩散系数描述为结合水分子和自由水分子的综合贡献．计算结果表明,我们采用的乙醇和水的模型对正确描述乙醇／水混合物扩散性质是可行的．     

Ce_(80)Cu_(20)合金熔体中原子自扩散与互扩散

扩散系数是描述液态金属动力学性质的关键物理量,也是金属材料设计与成型的必要参数.本文利用滑动剪切技术和中子散射技术分别测量了Ce80Cu20合金熔体互扩散系数和Cu原子的自扩散系数,两种扩散系数随温度的变化在所研究的温度范围均符合经典的Arrhenius关系.互扩散系数激活能与Cu原子自扩散系数激活能非常接近,互扩散系数绝对值大约是Cu自扩散系数的1.5倍.根据吉布斯自由能数据,本文还计算了该合金熔体互扩散的热力学驱动力(即热力学因子).结合计算的热力学因子以及经典的描述自扩散和互扩散关系的Darken方程,本文讨论了Ce80Cu20合金熔体中自扩散系数和互扩散系数之间的关系.     

ITQ-3分子筛中甲烷和正丁烷混合物扩散性质的模拟

采用分子动力学方法先分别模拟了单组分的CH_4和C_4H_(10)在二维分子筛ITQ-3中的自扩散系数随负载N的变化。研究表明,在z轴方向的窄孔道中,自扩散系数随负载N的增加两者均表现出先增大后减小的扩散模式,而在y轴方向的宽孔道中,则随负载N的增加单调递减。之后,又模拟了二元组分CH_4和C_4H_(10)混合物在ITQ-3分子筛中随总原子数变化的扩散行为。结果发现,在z轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而增大;当负载N较大时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而减小。在y轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散同z轴方向一样表现出随总原子数的增多而增大的现象,明显不同于单组分CH_4在y轴方向上的扩散;但随着负载N的增多,在z轴方向的孔道中发生堵塞效应的总原子数在y轴方向的孔道中仍处于过渡状态。     

基于蒙特卡罗方法的水扩散系数及其与温度的关系

使用蒙特卡罗方法,在计算机上模拟了水分子在水中的自扩散过程,进而估算了水的自扩散系数.通过对1标准大气压、不同温度条件下水的自扩散系数进行计算,并与相同条件下的实验值以及其他文献中的计算值进行对比,发现数值较为接近,说明模拟方法较为成功.同时,研究了模拟的自扩散系数与温度的关系,发现自扩散系数随温度升高而快速增加,与温度的倒数间成负指数关系,这与实验和理论结果符合得很好.     

甲醇/水混合物的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究甲醇／水混合物的结构性质和动力学性质．模拟中甲醇分子采用点点刚性模型,水分子采用TIP4P模型,计算了不同浓度甲醇／水混合物甲醇分子的O-O和H-H径向分布函数,配住数以及自扩散系数．从径向分布函数,配位数和自扩散系数发现,甲醇分子间的结构随着甲醇浓度的增加而加强．     

水-超临界二氧化碳界面的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法研究20 MPa, 318.15 K条件下水超临界二氧化碳界面的微观结构及其自扩散性质,模拟采用TIP3P (transferable intermolecular potentials 3P)水分子模型和EPM2 (elementary physical model 2)二氧化碳分子势能模型.研究结果表明:水相和二氧化碳相形成明显的界面,界面层的分子有特定的取向;自扩散表现出明显的各向异性特点,并且在界面层二氧化碳与水的扩散趋于一致.     

SrTiO3中离子自扩散参数评估

评估了在未掺杂SrTiO3中氧的自扩散数据,得出:(1)在SrTiO3晶体中,氧通过氧空位扩散,扩散最快的离子为O2-,其次为Sr2+,最慢的为Ti4+.(2)在1 098~1 623 K范围,氧分压在0.2~7.6×104 Pa内变化时,得到氧在SrTiO3晶体中的自扩散系数,而位错密度和氧分压对扩散系数影响不大.     

超临界水密度和自扩散系数预测的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了温度范围为673.15～873.15 K,压力范围为22.1～131.3 MPa条件下不同状态点水的密度和自扩散系数,并与实验结果进行对比.模拟体系为256个水分子,模拟系综为等温等压系综.模拟结果表明:密度和自扩散系数的模拟预测值与实验值基本一致;密度的模拟预测值大多低于实验值,最大相对误差小于-20 %;自扩散系数的模拟预测值大多高于实验值,但最大相对误差小于±20 %.在缺乏实验数据时,利用单点电荷 (SPC)势能模型,可采用分子动力学方法预测超临界水的密度和自扩散系数.     

受限于单壁碳纳米管中水的分子动力学模拟

对受限于不同直径和不同负载量情况下的纳米碳管中的水分子进行动力学模拟.研究发现:水分子在碳纳米管中的扩散经历二种方式,先是弹道扩散,然后是正常扩散;水在单壁碳纳米管中的扩散系数远远大于一般分子筛中的扩散系数.     

基于介观分析的纳米石墨毡水自扩散

目的研究全钒液流电池(VRB)电极中水的自扩散行为.方法基于martini力场原理,使用material studio软件构建水和电极的粗粒化模型,用介观动力学的方法研究温度、毛细管占总模型的质量分数、毛细管的长度对水在石墨毡电极中自扩散行为的影响,通过均方位移分析不同因素对水自扩散系数的关系,通过径向分布函数分析不同因素对水在模型中有序性的影响.结果随着温度的升高,水在电极中的自扩散系数增大,有序性降低;毛细管长度增加,水在电极中的自扩散系数降低,有序性不变;毛细管占总模型的质量分数增加会增大水在石墨毡中的自扩散系数,降低水在电极中的有序性.结论所得结果与实验值进行比较,处于同一数量级,模型结果可靠.     

一维TiO_2纳米阵列的水热晶化及性能研究

文章采用电化学阳极氧化法以纯钛薄片为阳极,惰性电极石墨为阴极,以含0.4 mol/L HF的乙二醇溶液为电解液,在恒定的电压(100 V)下制备了TiO2纳米阵列,并分别通过水热法和高温退火对纳米阵列进行晶化处理;利用XRD、SEM、TEM、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)对纳米阵列的组织结构、形貌及光吸收性能进行了表征。在该体系下,制备出的TiO2纳米管阵列直径为120~140 nm,管壁厚为15~25 nm,长度为30~40μm。经过不同温度的水热处理或高温退火处理,均可得到锐钛矿相的TiO2晶体。通过电化学综合测试系统测定了晶化后的TiO2纳米阵列的线性伏安曲线,为提高光电催化效率做了理论分析。     

受限在纳米水环境空间中的甲烷分子

运用分子动力学模拟方法,研究了甲烷与水受限在碳纳米管中的一些性质.计算机模拟发现水分子和甲烷径向密度的非均匀分布.根据径向密度分布情况,将碳纳米管中的甲烷与水分层,分别计算了甲烷分子与水分子的扩散系数和平均氢键数.模拟结果表明:受限在碳纳米管内部中的甲烷趋向在管壁积聚,但当甲烷浓度较高时,发现在碳纳米管中央有部分甲烷分子积聚.     

在有限温度下两个比特Heisenberg XX链中的各种量子关联

文章主要研究在有限温度下两个比特海森堡XX自旋链中Z方向的Dzyaloshinskii-Morriya(D-M)相互作用(Dz)和耦合常数(J)对各种量子关联的影响。研究发现在有限温度下不加Dz时经典关联(CC)和量子失协(QD)都随温度的提高而下降,下降速度也比较快。加了Dz时也是随温度的提高而下降,但是下降速度较慢。从计算分析看,在有限温度下Dz和J对QD和CC有积极作用。调整适当的Dz和J参数,可以有效地控制和提高各种量子关联。     

单壁碳纳米管的屈曲分析

利用基于高阶Cauchy-Born准则所建立的单壁碳纳米管本构模型以及最小二乘无网格数值方法详细地研究了扶手型(7,7)单壁碳纳米管的压缩屈曲行为.目前的研究结果与基于分子动力学的计算结果取得了很好的一致,同时进一步揭示了其压缩屈曲变形前后的变形机理.     

碳纳米管-乙烯基吡咯烷酮聚合物的合成研究

利用自由基引发原位聚合的方法合成了聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）包裹的碳纳米管（Nanotubes-NT),并利用TGA，UV－Vis,Fluorescence和TEM等对产物进行了表征。结果表明，碳纳米管可以利用自由基引发，通过原位聚合过程与乙烯基吡咯烷酮发生反应。产物NT－PVP室温下能溶于水及甲醇、氯仿、二硫化碳等各种普通的有机溶剂，从而为碳纳米管进一步的深入研究和应用消除了障碍，开辟了广阔的前景。     

Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube.

Confinement of matter on the nanometre scale can induce phase transitions not seen in bulk systems. In the case of water, so-called drying transitions occur on this scale as a result of strong hydrogen-bonding between water molecules, which can cause the liquid to recede from nonpolar surfaces to form a vapour layer separating the bulk phase from the surface. Here we report molecular dynamics simulations showing spontaneous and continuous filling of a nonpolar carbon nanotube with a one-dimensionally ordered chain of water molecules. Although the molecules forming the chain are in chemical and thermal equilibrium with the surrounding bath, we observe pulse-like transmission of water through the nanotube. These transmission bursts result from the tight hydrogen-bonding network inside the tube, which ensures that density fluctuations in the surrounding bath lead to concerted and rapid motion along the tube axis. We also find that a minute reduction in the attraction between the tube wall and water dramatically affects pore hydration, leading to sharp, two-state transitions between empty and filled states on a nanosecond timescale. These observations suggest that carbon nanotubes, with their rigid nonpolar structures, might be exploited as unique molecular channels for water and protons, with the channel occupancy and conductivity tunable by changes in the local channel polarity and solvent conditions.     

大口径单壁纳米碳管碰撞生长机制的研究

利用紧束缚分子动力学模拟方法，模拟了单壁碳纳米管与两个石墨烯片之间的碰撞过程，发现一定长度和宽度的两片石墨烯片与开口单壁纳米碳管的碰撞在一定的能量下会形成更大口径的两端口封闭的单壁纳米碳管．这可能也是一种大口径碳纳米管的生长机制．     

两相介质中压力扰动传播速度和临界质量流

本文对两相介质中压力扰动传播机理进行了分析,分别在刚性管壁、弹性管壁、汽液有滑移和汽液无滑移四种工况下得出压力扰动传播公式和临界质量流公式。     

碳纳米管促进丙烯酸系水凝胶对染料吸附性能的研究

采用水溶液聚合法合成了碳纳米管水凝胶,与未添加碳纳米管的水凝胶同时进行了SEM分析和FTIR分析。选用碱性藏花红,结晶紫,孔雀石绿和亚甲基蓝四种染料,考察了两种水凝胶对四种染料的吸附能力及重复再生能力。实验结果表明,碳纳米管水凝胶与未加碳纳米管的水凝胶相比,对染料的吸附量有显著提高,多次再生后仍有较好吸附效果,可作为染料废水处理中一种良好的吸附剂。     

搅拌方法对阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列的影响

将Ti箔在电压为40 V、温度为60℃,超声搅拌或磁力搅拌下质量分数0.25%的NH4F+体积分数2.5%的蒸馏水+乙二醇电解液中进行阳极氧化,以制备TiO2纳米管阵列;所制备的样品在空气中经450℃退火3 h。用场发射扫描电镜、透射电镜对所制得的样品表面形貌和晶体结构进行表征。结果发现:磁力搅拌制得的样品表面被严重腐蚀;而超声搅拌下可制备出完整的TiO2纳米管,无腐蚀现象;阳极氧化后的TiO2纳米管为非晶态结构,经退火处理后转变为锐态矿结构。对不同搅拌方式影响TiO2纳米管阵列的形成机制进行了分析讨论。