纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

平直纳米通道内液体流动规律的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟了液体氩在宽度为20．4原子直径的平直通道内的三维Poiseuille流动,对液体在纳米通道内流动的速度分布以及速度滑移进行了研究．结果表明：在壁面附近,牛顿流体的速度分布二阶导数与流体粒子数密度分布的大小有关;无论疏水或亲水表面,在捕捉和分析流场时的网格足够细、分辨率足够高的情况下,流体在壁面处的速度等于0;根据速度滑移的定义和相关计算方法,温度为119．8K、比容为0.73×10^-3m3／kg的液体氩流过疏水表面时滑移长度为1—2原子直径,流过亲水表面时滑移长度为-0．4--0．7原子直径．     

纳米粒子介电泳的分子动力学模拟

为研究微流体环境下纳米粒子的介电泳现象并分析其介电泳特性,采用非平衡态分子动力学方法对纳米胶体粒子及其周围溶剂粒子进行建模.介电泳模拟之前,通过对系统能量和温度的趋衡过程进行模拟,使纳米胶体所处的微流体系统达到稳定状态,并得出系统能量以及温度变化过程的趋衡图.对纳米胶体模型施加非均匀电场,使胶体电偶极化.变化非均匀电场强度,研究胶体模型失效的一般规律.发现随着非均匀电场强度的增加,小离子有不断脱离大离子表面的趋势,胶体模型失效的临界电场强度参数为Eo=15s/(eó).此外,对不同极性的纳米胶体的介电泳现象进行模拟,发现在正介电泳情况下,胶体的电偶极距不断增大,且电偶极距大的胶体有较大的介电泳速度和位移.     

FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕力学响应的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟建立FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕模型，从杨氏模量、位错行为等方面对FeCoCrNiCu高熵合金进行相关力学性能分析。研究分析了纳米压痕过程中温度和加载速度对合金基体变形的影响。经模拟以及数据拟合发现，杨氏模量与实验结果近似一致；纳米压痕过程依次经历弹性-塑性阶段，进入塑性阶段后基体内部产生位错，随着压头的不断深入，位错不断形核扩展最终成环；由于高熵合金复杂的元素组成以及应变梯度效应，剪切应变在合金体内的分布是不均匀的。加载速度对弹性阶段影响不大，但会对位错的增长产生影响，临界塑性压深也会随加载速度的增大而增大；温度对高熵合金的变形有着显著影响，温度升高会使原子运动加剧，基体易于变形。低温下压痕力明显上升，这是由于低温本身会降低原子迁移率，同时也利于孪晶产生，使基体进一步强化。     

超薄润滑膜界面滑移现象的分子动力学研究

为研究超薄润滑膜的流变和滑移特性 ,采用了分子动力学模拟方法。模拟系统由 2个固体壁面和介于壁面间的润滑剂分子构成 ,分子模型为正癸烷。结果表明 :薄膜中粒子密度沿膜厚方向呈周期性变化 ,存在某种有序结构 ;薄膜中润滑剂分子的平均速度仍大体呈线性分布 ,但在固液界面和液体层间可以观察到滑移现象 ;壁面滑移率随着剪切率的增加而上升 ,并在高剪切率区迅速增大 ;分子级薄膜中一个重要现象是滑移可能在较低的剪切率下发生 ;薄膜中润滑剂经历着向固态转化的相变过程 ,低剪切率下的滑移率可作为衡量薄膜固化程度的定量判据     

Au纳米团簇熔点的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟纳米金的升温熔化过程,利用径向分布函数(RDF)、势能一温度函数、键对分析法,得到熔点.比较计算结果与实验值,得到不同方法的特点.径向分布函数法能明显看出团簇由有序向无序变化的趋势,但不能准确得出其熔点所在;势能一温度函数法基于团簇原子间距在熔点附近会发生阶跃变化这一微观原理,能够较准确给出团簇熔点;键对分析法是根据团簇从固态向液态转变过程中,其微观构型会发生较大变化,从而得出团簇熔点.     

受限于纳米碳管中水的分子动力学模拟

在1.01×105 Pa的NPV系综下,从300 K逐渐降温至190 K(或150 K),对受限于不同直径(11.001~13.751A°)纳米碳管中的水分子进行了分子动力学模拟研究,发现不同直径碳管中的水分子会发生无序-有序的相变,并且分别形成不同的稳定结构。水分子的偶极矩角度分布函数图表明不同直径管中水分子相变温度不同,并且相变温度随着管径的增加而降低。     

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。     

纳米尺度孔隙内气体导热系数的分子动力学模拟

应用Lennard-Jone作用势,在300K和0.1MPa条件下,对边长20nm的立方体孔隙内氮气的导热系数进行了平衡分子动力学模拟. 结果得出分子分速度和速率的分布与统计力学得到的Maxwell速度和速率分布曲线基本一致,并且分子的平均自由程受到孔隙壁的严格限制. 通过Green-Kubo关系式计算得出了孔隙内氮气的导热系数,并与文献中的结果进行了比较,模拟结果接近于实验值,仅为同样条件下自由空间氮气的导热系数的1/3左右.     

粗糙固体表面温度阶跃的分子动力学模拟

建立了粗糙纳通道内液体热传导的分子动力学模型,模拟研究了纳通道内液体的温度分布和液固界面处的温度阶跃现象,获得了液固相互作用强度、表面粗糙高度和壁面刚度对界面处温度阶跃的影响规律.研究结果表明:在固体壁面附近,液体温度偏离了线性分布,液固界面处出现了温度阶跃.与光滑表面相比,粗糙度的存在降低了液固界面处的温度阶跃程度.粗糙高度的增加扩大了液固相互作用面积,延长了近壁面附近的液体分子与固体之间的能量交换时间,强化了液固界面的能量传递,从而使得界面处温度阶跃降低.另外,提高液固相互作用强度或者降低固壁刚度均可使液固界面处温度阶跃程度减小.     

Atomic stick-slip friction between commensurate self-assembled monolayers

The classical molecular dynamics simulations have been used to examine the compression and friction between commensurate self-assembled monolayers (SAMs) on Au (111). The friction force changes in a period corresponding to the geometric structure of sliding surfaces. The simulations reveal an ordered atomic stick-slip motion and discontinuous movements of diverse monomers, mainly head and tail groups. All of the head groups of the static film have 2～3 metastable positions (MPs). They oscillate around one of the MPs in stick phases and jump simultaneously to a new MP in slip phases. The tail groups of the sliding film are pulled forward together with opposite ones while sticking and jump forward half of the lattice constant relative to opposite ones while slipping. A complete vision of the motion of SAM chains is thereby built up and compared with the molecule behavior predicted by the Tomlinson model.     

单晶铜表面划擦过程模拟

应用分子动力学模拟技术模拟刚性针尖在单晶铜表面的划擦过程，探讨在微观领域材料的摩擦磨损特性，为进一步探讨纳米摩擦模拟技术及微观领域材料特性奠定基础．模拟结果表明，在材料微观划擦机理中，针尖的摩擦阻力来自于基体表面位错的堆积，同时，位错在基体中的传播速度对摩擦阻力也有影响．     

轮胎与沥青路面微观摩擦接触特性的分子动力学模拟

为了精确表征轮胎与路面微观摩擦接触特性及分子作用力效应,利用分子动力学模拟分析方法建立轮胎(聚异戊二烯)和集料(二氧化硅)三维单体模型和界面接触模型,在纳米尺度上研究轮胎和集料的微观构造和接触特性.模拟结果表明：链状聚异戊二烯分子链为螺旋状结构,分子间隙较大,易产生较大变形,而二氧化硅则为典型脆性材料,表面较为平整;界面接触模型以二氧化硅为固定基底,聚异戊二烯单链在其上匀速滑动,二者间距离为0.5 nm.接触界面摩擦特性模拟结果表明摩擦系数随着速度增加而变小,其变化趋势与实验结果相同,证明模拟结果有效.     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

水溶液中石墨烯剥离的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究柔性石墨烯在水溶液中剥离的热力学机制。为了表征石墨烯与水溶剂之间的相互作用,研究了石墨烯周围水溶剂的结构性质;通过施加外力的方法剥离石墨模型中最外层的石墨烯,计算剥离过程中体系自由能的变化,并对剥离过程中微观结构变化以及石墨烯周围水溶剂结构性质进行分析。结果表明:石墨烯与水之间的相互作用较小;剥离石墨烯需要克服一定的能垒;石墨烯之间的相互作用决定了自由能能垒的大小,溶剂诱导的贡献对剥离起到促进作用;受限区域内的水溶剂分子对剥离起到重要的作用。     

Molecular dynamics simulation of microcrack healing in aluminium

The molecular dynamics method is used to simulate microcrack healing during heating or under compressive stress. A center microcrack in an Al crystal could be sealed under a critical compressive stress or by heating it over a critical temperature. During microcrack healing, dislocation and vacancy are generated and moved, and sometimes twin appears. The critical temperature necessary for microcrack healing depends upon the orientation of the crack plane. For example, the critical temperature of the crack along the ( 111 ) plane is the lowest. When there are pre-existing dislocations around the microcrack, the critical temperature necessary for microcrack healing will decrease. The energy condition for crack healing is б2π a ( 1-v2 ) / E + UT/ A ≥ 2 γ + γp, where б is the applied compressive stress, a the length of the crack, γ the Poisson' s ratio, E the Young' s modulus, UT heat energy driving crack healing, A the area of the crack, γ the surface energy, and γp the plastic deformation work. Pre-existing dislocations can reduce γp.