烷烃修饰SiO_2纳米颗粒油/水界面吸附特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对比研究烷烃修饰前后SiO2纳米颗粒在油/水界面的吸附组装行为,分析其密度分布、界面层厚度、界面张力等参量。结果表明:烷烃修饰后纳米颗粒疏水性增强,能自发地快速向油/水界面扩散运移,并在界面形成致密的组装单层膜;烷烃修饰纳米颗粒在油/水界面的吸附能够有效降低界面张力,提高水相对油相的携带能力。     

飞秒激光照射金纳米颗粒的分子动力学模拟

在分子动力学的基础上引入了双温度模型,对飞秒激光照射金纳米颗粒的相变传热过程进行了模拟研究。利用序参数法对传热过程中颗粒内部固液相变的发生进行了判别,并获取了纳米颗粒受飞秒激光照射的熔化特性,在此基础上研究了不同大小的激光能量对熔化过程的影响。结果表明,在飞秒激光照射金纳米颗粒的过程中,当颗粒内部相变发生时,金原子的空间分布由面心立方规则排列逐渐变为不规则无序的松散排列,纳米颗粒内部所有区域都发生了熔化现象,不存在一个明显的固液模拟界面。随着激光的不断照射,熔化比例逐渐增加。     

金纳米颗粒烧结的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同尺寸Au纳米颗粒在烧结过程中晶型转变及烧结颈长大机制.研究发现纳米颗粒的烧结颈生长主要分为两个阶段:初始烧结颈的快速形成阶段和烧结颈的稳定长大阶段.不同尺寸纳米颗粒烧结过程中烧结颈长大的主要机制不同:当颗粒尺寸为4 nm时,原子迁移主要受晶界(或位错)滑移、表面扩散和黏性流动控制;当尺寸在6nm左右时,原子迁移主要受晶界扩散、表面扩散和黏性流动控制;当颗粒尺寸为9 nm时,原子迁移主要受晶界扩散和表面扩散控制.烧结过程中Au颗粒的fcc结构会向无定形结构转变.此外,小尺寸的纳米颗粒在烧结过程中由于位错或晶界滑移、原子的黏性流动等因素会形成hcp结构.     

SiC纳米包覆颗粒烧结行为的分子动力学模拟

碳化硅（SiC）制备在核燃料研究中具有重要意义,例如新型事故容错核燃料采用SiC作为关键基体材料。研究SiC纳米包覆颗粒的烧结行为对优化新型核燃料基体材料制备工艺具有指导意义。该文根据纳米颗粒熔点变化规律,验证了Tersoff势函数进行SiC分子动力学模拟的可行性和模型参数的准确性;考察了纯相SiC、富硅（SiC@Si）和富碳（SiC@C）这3种典型SiC纳米颗粒的烧结演化过程;并对烧结过程进行了定量描述,通过烧结颈生长、能量演变和原子扩散等参量分析了烧结机制,重点关注包覆层结构对SiC烧结行为的影响,从而获得包覆颗粒烧结机理。研究结果表明：包覆层的原子扩散性会促进颗粒原子整体迁移,从而加速整体烧结行为。SiC@Si颗粒比SiC@C颗粒更易发生包覆层原子扩散,因而SiC@Si颗粒更易发生烧结;较低的加热速率在一定程度上有利于烧结进行,但并不影响包覆颗粒的原子扩散模式。研究结果对SiC纳米颗粒烧结机制给出了定量解释,有助于理解SiC烧结制备过程的规律。     

纳米氩颗粒导热性能的非平衡分子动力学模拟

为了研究尺寸变化对纳米颗粒导热的影响,采用非平衡分子动力学模拟方法研究了固定原子壁面边界条件下,平均温度在45 K、边长为3.186～12.744 nm的立方形和半径为4.248～10.62 nm的球形2种纳米Ar颗粒的热导率,并与其他研究者的结果及薄膜的模拟值进行了对比.模拟结果表明,在固壁边界条件下, 2种颗粒的热导率均随着尺寸的增加而趋向块体值,但均小于相同厚度、相同边界条件的Ar薄膜的热导率;球形颗粒的热导率小于边长与其半径相等的立方形颗粒的热导率.     

GaAs纳米颗粒快速熔化过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟1×1011K/s熔速下理想闪锌矿结构GaAs纳米颗粒(NPs)快速熔化过程中的微观结构演变,并采用径向分布函数、平均原子势能、平均配位数和可视化等方法对熔化过程中的微观结构变化进行分析。结果表明,高温下As容易以As蒸汽形式脱离体系;GaAs NPs依赖晶格极化、变形来减少过高的表面势能;由于颗粒不同位置上原子的势能大不相同,导致各区域熔化所需外界提供能量大小有所差异,GaAs NPs呈现出阶段性、区域性的熔化现象; GaAs NPs中部分闪锌矿结构的极化扭曲导致体系中纤锌矿结构形成。     

L-J流体扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟的方法,计算了模型流体氩及氩／氪溶液的自扩散系数和互扩散系数．计算结果表明,对不同状态下氩的自扩散系数的计算与实验结果符合较好,误差在10％左右;采用Green-Kubo法和Einstein法计算的扩散系数相等．氩／氪溶液的理想性较好,由径向分布函数计算得到热力学因子Q的数值为1．03。     

纳米颗粒悬浮液稳定性分析

讨论纳米颗粒悬浮液的稳定性问题，对不同颗粒、不同基液制备的悬浮液稳定性进行了实验研究，在此基础上，探讨颗粒与基液的密度、颗粒的等效直径、基液动力粘度等因素对悬浮液稳定性的影响。结果表明：颗粒等效直径与基液动力粘度对悬浮液的稳定有决定性作用。     

一种基于透射比的纳米流体颗粒团聚定量分析方法

为了得到简单易行的定量反映纳米流体颗粒团聚的方法,在分析纳米颗粒团聚与纳米流体透射比之间关系的基础上,提出团聚体平均颗粒数这一可以定量反映纳米流体内颗粒团聚状况的参数,并推导出基于纳米透射比的团聚体平均颗粒数的计算式.所提出公式的计算结果与利用反映实验数据的三维DLCA模型得到的团聚体平均颗粒数吻合较好,反映了该计算式的有效性.     

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.     

超临界CO2中表面钝化Au纳米粒子的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究了353.15 K下多个氟化的硫醇烷烃钝化的Au纳米粒子在超临界CO2中的分散行为。结果表明:在单分子自组装层的钝化下,Au纳米粒子在超临界CO2溶剂中可以得到稳定分散。通过对径向分布函数、有效平均力势能、渗透压第二维里系数等数据进行分析发现,在超临界流体中,自组装单分子保护层(SAM)的存在可以有效阻止纳米粒子间的团聚,增加溶剂密度和链长,可以提高纳米粒子之间的相互排斥作用,从而有利于纳米粒子的分散。     

用分子动力学方法对Cystatin蛋白的研究

通过动力学模拟研究野生型和I66Q突变型cC的动力学特性,为设计和筛选治疗Cystatin C引起的脑淀粉样血管病药物提供重要的理论依据.通过分子动力学模拟的方法,选择可引起脑淀粉样血管病的Cystatin蛋白为模型,探讨了在形成致病状纤维过程中起到关键作用的蛋白质结构位点.研究分子动力学模拟显示,突变型cC较野生型更易形成淀粉样纤维,突变型蛋白的L1部位较野生型具有更高的柔性,更易通过结构域交换形成二聚体进而引发淀粉样纤维沉淀.该研究结果对于设计治疗相关疾病如疯牛病等的药物也有一定的借鉴意义.     

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。     

吸附诱导表面应力的分子动力学模拟

应用分子动力学方法结合镶嵌原子势,模拟研究了同质吸附Cu/Cu(100)和异质吸附Al/Ni(100)纳米薄膜中的吸附诱导表面应力.结果表明吸附原子对表面应力的影响主要源于两种原子间的相互作用;吸附原子和底物表面原子的结合将导致底物表面原子之间的化学键的强度减弱和平衡键长增加,从而导致表面压应力增加;吸附原子之间的相互作用也导致表面应力的变化,吸附原子间的吸引作用导致表面拉应力,而排斥作用导致表面压应力.这两种原子间相互作用所引起的表面应力与吸附原子的密度密切相关,吸附原子与底物表面原子的结合所引起的表面应力的大小与吸附原子的密度成线性关系,而吸附原子间的相互作用所引起的表面应力与吸附原子密度间呈非单调的依赖关系.     

石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟

我们基于分子动力学(Molecular Dynamics), 建立了石墨烯纳米压痕实验的数值模型, 以模拟压痕实验过程, 得到典型实验过程的力-位移曲线, 并进而讨论压头下压速度, 压头半径以及边界条件等因素对实验结果的影响. 论文测得石墨烯弹性模量为1 TPa, 强度为240 GPa. 加载过程中, 压头加载到临界压入深度hc时, 石墨烯试件在压头处撕裂破坏. 给定最大压入深度, 对石墨烯进行加载—卸载—再加载试验, 发现当最大压入深度h_max小于h_c时, 石墨烯发生的是完全弹性变形; 当最大压入深度h_max大于h_c时, 卸载和再加载过程中石墨烯能基本恢复原貌, 但仍有少数C—C键较长而无法恢复, 成为石墨烯再加载时的破坏起点, 石墨烯的破坏力和位移都显著下降. 另外, 还发现大于0.05 nm/ps的压头速度和压头半径对石墨烯临界压入深度和破坏力都有显著影响.     

超晶格薄膜热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格薄膜的热传导性能,并对其主要影响因素作了分析．模拟结果显示,周期长度固定的超晶格薄膜,界面热阻在总热阻中的比例和导热系数同周期数无关;当超晶格薄膜的膜厚不变时,导热系数将随着周期长度的增大而增大,但由于超晶格薄膜晶格常数的不匹配,使其内部发生明显的几何形变,这种变化关系也愈加复杂,同时周期长度的增加,平均界面热阻也随着增大,揭示了界面热阻不仅取决于界面层的物理条件,而且也与构成的介质内部形变有着重要关系．     

纳米尺度下对黏滑现象的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了硅针尖在金刚石基底滑动的黏滑现象,讨论了纳米尺度下温度、滑动速度、载荷等因素对黏滑摩擦的影响.模拟结果表明,在纳米尺度下,原子排列规则的两固体间的滑动摩擦力呈现出周期性的锯齿型变化.摩擦力曲线的波动周期取决于滑动过程中基体沿滑动方向的晶格常数,同时受接触面原子排列结构变化的影响.在较低温度范围内,滑动摩擦力随温度的升高近似呈线性减小,对滑动摩擦力的波动周期和振幅影响不大.在一定速度范围内,滑动摩擦力主要受黏着作用的影响,滑动摩擦力的大小随速度的增大近似呈线性增大.在一定载荷范围内,滑动摩擦力随载荷的增大近似呈线性增大,振动周期变大.