较宽压力范围内甲烷水合物的分子动力学模拟

利用GROMACS程序对0.1 MPa至30 MPa较宽压力范围内甲烷水合物体系进行分子动力学模拟.观察不同时刻甲烷水合物体系的分子分布状况,统计氢键数、径向分布函数、配位数等结构性质以及甲烷、水分子的扩散系数.结果表明甲烷水合物中水分子之间形成强大的氢键网络将甲烷包围并挤压,出现明显分相现象,导致压力对甲烷水合物中甲烷和水的局部结构和扩散系数的影响不同,并且甲烷水合物中甲烷的局部结构和扩散系数与纯甲烷体系差异很大.     

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.     

甲烷水合物在不同温度下扩散及其结构的模拟研究

采用经典分子动力学研究了275 K至305 K时甲烷水合物体系的甲烷分子、水分子的扩散系数以及CH_4-CH_4、CH_4-H_2O、H_2O-H_2O、H_2O-CH_4的径向分布函数、配位数和氢键数等结构性质.结果表明,甲烷水合物的分子扩散和局部结构明显地受到温度的影响.甲烷分子间和水分子间倾向各自相互聚集,引起四种类型的配位数差异很大.     

温度对水的粘度和扩散系数影响的研究

采用分子动力学方法(MD)研究了水在不同温度下的内能、粘度、扩散系数及径向分布函数.研究结果表明,随着温度的升高,内能增加,粘度系数减小,扩散系数增大,且粘度系数和扩散系数符合Arrhenius行为.从径向分布函数的分析町知,温度升高,加剧了水分子的运动和碰撞,改变了水的微观结构,使内能增加,从而改变了水的粘度系数和扩散系数.     

水合镁离子的分子动力学模拟研究

基于水合离子[M(H2O)m]n+的概念,利用Moldy分子动力学模拟并结合分子内相互作用势MCY来研究水中的镁离子.该模拟系统包括一个二价的镁离子和216个水分子,在温度为330K下,计算了系统内不同原子对之间的径向分布函数(RDF),模拟结果和实验值基本一致.而且从其径向分布函数可看出,镁离子的出现并没有使得镁离子周围的第一水化层水分子和第二水化层水分子之间的距离有明显的减少.     

MgCl2水溶液分子动力学模拟

采用分子动力学的方法，对无限稀释MgCl2水溶液进行了模拟。计算了包括3个超临界点在内的7个状态下无限稀释MgCl2水溶液中Mg^2 -H,Cl^--O与Cl^--H的径向分布函数，Mg^2 -水（质心）和Cl^-－水（质心）的配位数。采用均方位移与速度自相关函数两种方法计算了Mg^2 、Cl^-的扩散系数。计算结果表明，Mg^2＋有较强的第二层水化。超临界状态下，Mg^2 与Cl^-间有着较强的缔合作用。模拟得到的扩散系数与仅有的常温下实验数据相一致。     

超临界水中碳酸钾成核机理的分子动力学模拟

针对超临界水对催化剂成核过程的影响机制问题,采用分子动力学模拟方法系统研究K2,CO3在不同温度和密度的超临界水中的成核过程.通过对体系的相互作用能、径向分布函数、配位数及体系氢键网络结构变化的分析,揭示了在K2,CO3成核过程中K+、CO32-与水分子间的相互作用机理.结果表明:在超临界态下,随着温度的升高、密度的降低,水溶液体系氢键结构破坏,水分子与K+和CO32-的作用急剧降低,K+和CO32-在静电作用下可冲破水分子的静电屏蔽,从而碰撞聚合形成离子对,继而进一步团聚成核;体系温度越高、密度越小,K2,CO3越易形成小而分散的团簇.     

碳纳米管储氢性能及H2分子扩散现象的分子动力学研究

本文采用Brenner及LJ混合势对H2在C纳米管的吸附及H2分子在C纳米管中的扩散性质进行了分子动力学模拟. 通过模拟轨迹的分析,分别计算了C-H之间的径向分布函数、H2分子在单壁C纳米管的均方位移及通过对H2分子的均方位移的分析,计算了不同温度下的H2分子在C纳米管中的扩散系数,分析了温度对扩散系数的影响.     

水分对变压器绝缘纸性能影响的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟,对变压器绝缘纸的主要成分纤维素在有水环境下的性质进行了研究.为了进行对比,同时还对无水环境下纤维素的性质进行了模拟.通过分析纤维素链末端距的分布表明,水分子对纤维素链卷曲度有一定程度的影响,在有水环境下纤维素链的末端距要比无水环境下长一些.通过对纤维素中的氧原子与水分子中的氢原子的径向分布函数的分析,证实水分子与纤维素确实形成了氢键相互作用,但并没有完全代替纤维素中羟基间的氢键,也未代替糖苷键上的氧原子与羟基中氢原子之间形成的氢键.与无水环境下的纤维素相比,水分子主要是与部分羟基形成氢键,对糖苷键上的氧原子与羟基的氢原子之间形成的氢键相互作用影响很小,说明纤维素中的羟基比较活跃,这与实验得到的结论一致.     

液态甲醇微观结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对298 K,0.78 g/cm3的液态甲醇的蒸发潜热、自扩散系数、体系的微观构型、径向分布函数和甲醇分子间的氢键结构进行了模拟研究.结果表明,甲醇的蒸发潜热和自扩散系数的模拟结果与实验数据符合.采用计算机图形技术得到了体系达到平衡时其微观构型的物理图像;对氢键的结构分析表明,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数为77.39%,每一甲醇分子形成氢键的平均数目为1.902;形成氢键的两甲醇分子O…O—H取向角分布曲线在12.2°处出现峰值,取向角θ小于12.2°的甲醇分子的摩尔分数为57.39%,形成氢键的甲醇分子取向几乎呈线性分布;氢键的平均寿命为12.6 ps.     

水分在泡沫温拌沥青中的分子动力学研究

为考察水分对泡沫温拌沥青的微观作用,选择具有代表性的沥青四组分分子结构,采用分子动力学模拟方法,研究了含水率分别为0、1%、2%、3%的基质沥青和泡沫温拌沥青体系玻璃化转变温度、自由体积分数、水分子的扩散系数;同时,也模拟分析了水分子与沥青分子之间的相互作用能.研究表明,与基质沥青相比,水分的添加使得泡沫温拌沥青的玻璃化转变温度下降,不同含水率的泡沫温拌沥青体系自由体积分数差距较小.同时,在泡沫温拌沥青中,随着含水率的增加水分子在泡沫温拌沥青中的扩散系数不断增大,当含水率为3%时,水分子在泡沫温拌沥青中的扩散系数上升得较为明显.水分子与沥青分子进行相互作用过程中,水分子与沥青之间存在着排斥作用,泡沫温拌沥青体系不稳定.此外,通过对泡沫温拌沥青体系的非键相互作用能分析得出,水分子与沥青分子之间静电力起主导作用,且随着体系含水率的增加而增大.     

温度和外加电场对水分子团簇影响的分子动力学模拟

应用分子动力学（MD）模拟方法研究了温度从273～373K，电场强度从0-2×10^10V／m时水分子团簇的热力学性质、微观结构和动力学性质．研究发现，内能与温度成正比与电场强度成反比，通过分析径向分布函数，我们得知，温度升高使水的氢键作用减小，外加电场增加使氢键作用增强，使水的有序程度加强．水的自扩散系数随温度升高而增大，随电场强度的增加而减小，且在低温时，有电场时水的自扩散系数是无电场时的十分之一．     

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．     

碳酸钙水溶液的模拟研究

选取方解石水溶液和文石水溶液为研究对象,采用分子动力学方法,对构建的碳酸钙水溶液进行分子动力学模拟计算.计算结果表明：水分子的活性及渗透性随温度上升呈增大趋势,只有333 K温度下明显降低.方解石水溶液中Ca2＋和CO的扩散系数随温度变化波动较大,文石水溶液中Ca2＋和CO的扩散系数呈逐渐上升趋势.模拟得到的文石水溶液Ca2＋-CO径向分布函数图和H2O径向分布函数图一、二峰高度明显低于方解石水溶液.计算结果还显示离子与方解石晶面的相互作用能比文石晶面高0.02 kcal/mol.     

带电纳米管道对K离子水合作用影响的模拟研究

采用分子动力学方法模拟了三种不同电荷密度的带电纳米管道对钾离子的水合作用产生的影响.模拟以半径为0.678 nm的无限长单壁椅型带电碳纳米管为纳米管道模型,讨论了在三种不同的电荷密度情况下,钾离子和水分子在管中的径向分布,钾离子水合层中水分子的径向分布以及钾离子第一水合层的水分子数.模拟结果表明,在电荷的影响下,钾离子和水分子在管中的径向分布未有明显的变化,而钾离子水合层的水分子的径向分布以及钾离子第一水合层的水分子数却产生了一定的变化.这说明纳米管道上的电荷会对离子的水合作用产生影响.这些发现将对进一步理解生物离子通道对离子可选择性机理和设计纳米流体器件有一定的意义.     

磁场对水扩散系数影响的分子动力学模拟研究

将水系统视为正则系综，采用分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation简称MD）方法对磁场条件下水的扩散系数进行了计算。结果表明水的扩散系数与外加磁场强度的关系是多极值关系，且在B＝0.25T以及常温下磁化效果最为明显；通过对径向分布函数的计算发现：磁处理对水理化性质的影响，主要是由于磁场改变了水的径向分布函数，使水的结构发生变化，从而影响了水的扩散系数，增大了水分子的活性和渗透性。     

羟基化及硅烷化二氧化硅表面润湿行为的分子模拟

采用分子动力学模拟方法研究水团簇在羟基化及不同链长硅烷化二氧化硅表面的微观润湿行为,通过相互作用能、径向分布函数及扩散系数等参量对微观润湿机制进行分析。结果表明:羟基化二氧化硅表面具有极强亲水性,而硅烷化表面疏水性较强,且疏水性随烷基链增加呈增强趋势;羟基化二氧化硅表面与水分子存在强相互作用,使团簇底部水分子优先向表面移动,并带动其余水分子向表面迁移,促进水团簇在表面铺展,表现出强亲水性;硅烷化二氧化硅表面与水之间主要为范德华作用,不足以克服团簇内部相互作用而破坏水滴结构,表现出强疏水性,随着烷基链增长,表面与水分子的相互作用强度逐渐减弱,疏水性增强。     

H_2O分子的微观特性在碳纳米管中的MD研究

通过采用分子动力学模拟的计算机模拟方法,研究了水分子在(6,6)碳纳米管中的运动现象,分析了H_2O分子分别在温度为75 K、150 K和300 K下,受限于碳纳米管中的32个SPC/E模型中H_2O分子的O—O的径向分布曲线图.模拟实验得到水分子随着温度的升高,热运动越来越剧烈,有序化程度大大的降低.RDF曲线的最高峰出现在2. 8处,说明在该点出现其他H_2O分子的可能性最大.     

熔融NaCl结构和热力学性质的分子动力学模拟

用分子动力学计算机模拟方法对熔融氯化钠结构和热力学性质进行模拟研究。计算了熔体的势能、动能、维里值、温度、压力等热力学性质和偏径向分布函数、偏结构系数,利用所得结果计算了有关的热力学量,讨论了熔体的局部微观结构。计算结果表明:熔体只存在近程有序,熔体存在松弛过程,Na~+和Cl~-的扩散系数分别为1.187×10~(-4)cm~2/S,1.03×10~(-4)cm~2/S。     

含醇溴化锂水溶液汽液界面的分子模拟

为研究界面活性剂在溴化锂吸收机组中对吸收过程的强化机理,采用分子动力学方法模拟303 K时的水、质量分数为60%的溴化锂水溶液以及分别添加不同量的乙醇、正辛醇(1-octanol)、仲辛醇(2-octanol)、异辛醇(2-ethyl-1hexanol)的水或溴化锂水溶液的汽液界面,并且分别对其密度分布、微观结构进行研究,计算分别添加上述醇类的溴化锂水溶液的汽液界面张力,计算结果与实验值相符.模拟结果显示:正辛醇、仲辛醇、异辛醇分子吸附在汽液界面并在界面处呈优势取向,即疏水烃基指向气相,亲水羟基指向液相;醇分子的亲水基尽可能多地趋向水分子,二者在界面处以氢键相互作用;醇分子的添加量为某一特定范围时,醇分子的烃基链在界面处产生较大摆动.