水环境下甲烷在不同润湿性石英表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究水环境下石英表面润湿性对甲烷在石英狭缝中吸附行为的影响。结果表明:对于亲水性较强的石英表面,水分子优先吸附于石英表面,甲烷分子在狭缝中心发生团聚;而疏水性较强的石英表面,甲烷分子优先吸附于石英表面,水分子在狭缝中心发生团聚;当石英表面为中性润湿时,石英表面对这两种分子没有表现出优先选择性吸附。水、甲烷与不同润湿性石英表面的相互作用能表明,水/固相互作用是水环境下甲烷在石英狭缝中吸附构型改变的主要驱动力。     

盐水液滴在砂岩表面润湿性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究NaCl对水滴在砂岩表面的微观润湿行为的影响。结果表明:NaCl能降低水对砂岩表面的润湿程度,强亲水的砂岩表面随NaCl质量分数的增大向弱亲水转化;水的润湿角随NaCl质量分数的增加而增大,在NaCl质量分数大于19.6%时则几乎不发生变化;粒子间的结合能垒远大于解离能垒,引起水分子聚集在Na+、Cl-周围而增强了盐水液滴的聚集能力,导致润湿角的增大;砂岩表面对水的相互作用能随着NaCl质量分数的增加而减少,但在质量分数大于19.6%时吸附能的变化不大,与润湿角的变化趋势一致。     

超细SiO2颗粒废料的表面改性

以通信光纤生产中产生的超细二氧化硅颗粒废料为原料,经水纯化处理后,用硅烷类偶联剂对其表面进行化学改性.傅立叶红外光谱和热重分析结果表明,改性后的超细二氧化硅颗粒表面的硅羟基吸收峰明显减小,热失重增加,表明其与硅烷类偶联剂发生了化学键合;激光光散射和扫描电字显微镜的测定结果发现,改性后的超细二氧化硅颗粒粒径减小,颗粒分散性大大提高,在电镜照片中无明显的大团聚体,表明超细二氧化硅颗粒表面键合了疏水性有机分子链,疏水性增强,达到了改性目的,为超细二氧化硅废料的回收利用提供了广阔的市场.     

NiMo合金在水环境中表面偏析现象的理论模拟研究

近年来人们发现纳米尺度下金属/合金颗粒结构与性质很容易受外界环境影响.众多实验表明反应气体能够极大地影响合金纳米材料的表面偏析倾向,并进而影响其表面化学组分.但是另一方面,地球上最普遍的环境之一的水环境对于合金纳米材料的影响却少有人问津.在本工作中我们对NiMo合金在水分子、水团簇吸附情况下的表面偏析现象进行了第一性原理计算与蒙特卡洛模拟两方面的研究.通过第一性原理计算发现水分子、水团簇吸附都对NiMo合金偏析能有显著改变,并有可能改变其表面偏析倾向.通过进一步的蒙特卡洛模拟发现水环境对NiMo合金表面组分有着不可忽视的影响.通过这个工作我们希望人们能够重新审视水环境对合金偏析现象的影响.同时本工作对正确理解水-固界面相互作用和从微观角度理解合金腐蚀现象有着深远意义.     

普通硅酸盐表面的疏水改性及微纳结构表征

通过十八烷基三氯硅烷(OTS)硅烷化自组装方法,实现了普通硅酸盐玻璃的表面疏水改性,改性后的玻璃表面具有疏水性和良好的透光性.该方法首先运用氢氟酸(HF)溶液预处理玻璃表面,进行化学织构化,形成微纳结构,然后利用OTS分子在玻璃表面自组装形成疏水分子膜.实验考察了HF溶液的处理时间、OTS甲苯溶液的浓度及其处理时间、以及其他预处理方法对玻璃表面接触角的影响,得到了一种简便易行的玻璃疏水改性处理方法,能够方便的制备出接触角为107o的透明疏水玻璃.同时,运用原子力显微镜(AFM)测定了光面玻璃和磨砂面玻璃在疏水改性过程中玻璃表面微观结构的变化,提出了该疏水改性方法的作用机理.     

普通硅酸盐玻璃表面的疏水改性及其微纳结构表征

通过十八烷基三氯硅烷(OTS)硅烷化自组装方法,实现了普通硅酸盐玻璃的表面疏水改性,改性后的玻璃表面具有疏水性和良好的透光性.该方法首先运用氢氟酸(HF)溶液预处理玻璃表面,进行化学织构化,形成微纳结构,然后利用OTS分子在玻璃表面自组装形成疏水分子膜.实验考察了HF溶液的处理时间、OTS甲苯溶液的浓度及其处理时间、以及其他预处理方法对玻璃表面接触角的影响,得到了一种简便易行的玻璃疏水改性处理方法,能够方便的制备出接触角为107o的透明疏水玻璃.同时,运用原子力显微镜(AFM)测定了光面玻璃和磨砂面玻璃在疏水改性过程中玻璃表面微观结构的变化,提出了该疏水改性方法的作用机理.     

烷氧基硅烷修饰对电化学预处理铝合金表面性能的影响

采用含有不同基团的烷氧基硅烷对电化学刻蚀后的铝合金基底进行修饰,得到具有多种性能的铝合金/聚硅氧烷复合层.将铝合金基底通过电化学方法刻蚀后,分别放入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷中浸涂一段时间,得到了具有超亲水、疏水和超疏水三种特性的复合层,其水接触角(WCA)分别为0°、147.8°±0.9°和157.8°±1.3°.结果表明,使用含有亲水基团的硅烷修饰后,铝合金表面表现为超亲水性;而用具有疏水基团的硅烷修饰后,铝合金表面表现出疏水性或超疏水性.通过胶带测试表征了涂层的粘附性,发现随着胶带剥离次数增加:经γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷修饰的铝合金/聚硅氧烷复合层,超亲水性减弱,直至第10次之后WCA稳定在大约110°;经二甲基二乙氧基硅烷修饰的铝合金/聚硅氧烷复合层,WCA减小至134°;经甲基三甲氧基硅烷修饰的铝合金/聚硅氧烷复合层,在6次胶带剥离后,超疏水性能开始降低,25次胶带剥离后WCA稳定在大约140°.     

梅山铁矿爆破粉尘润湿性能关键影响因素

以南京梅山铁矿采掘面爆破粉尘为研究对象,对其中亲水性粉尘(HD,可快速沉降水底)与疏水性粉尘(HCD,较长时间浮于水面)进行分离,并利用接触角测定仪测定两者的润湿接触角,对其润湿性进行定量表征;应用激光粒度分析仪、真密度分析仪、X线粉末衍射仪(XRD)及X线光电子能谱仪(XPS)对其理化特性进行全面表征;通过对比二者差异,对影响粉尘润湿特性的关键因素进行讨论。研究结果表明:HCD的润湿接触角远比HD的大,即HCD的润湿能力远比HD的弱;粒径和真密度是影响粉尘润湿性能的关键因素,粒径与真密度越小,粉尘疏水性越强;尘粒表面的化学特性并不是影响粉尘润湿性的关键因素,HCD的表面亲水物相含量比HD的高,HCD表面疏水基团含量比HD的低,与HCD润湿性弱于HD润湿性的探究结果相矛盾;从HCD和HD的粒径分布以及游离二氧化硅体积分数来看,HCD对人体的危害更为严重。     

SiO_2/含氟硅聚丙烯酸酯超疏水杂化涂层的制备及性能

采用溶胶-凝胶法,在含氟硅聚丙烯酸酯(FSiPA)乳液中以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为改性剂合成疏水性二氧化硅(SiO_2)纳米粒子,将所制SiO_2/FSiPA杂化乳液喷涂在玻璃表面得到超疏水涂层.考察了FSiPA乳液用量和MTES/TEOS物质的量比(M/T)对涂层表面性能的影响,分析了M/T值对涂层微观形貌的影响;讨论了杂化涂层的形成机理,比较了具有相同倾角的超疏水涂层与普通疏水涂层表面的自清洁特性.结果表明,当FSiPA乳液用量为15%及M/T为5时,涂层表面具有很好的成膜性和自清洁特性,疏水性SiO_2纳米粒子能够在涂层表面建立起微纳米粗糙结构,涂层与水的静态接触角(WCA)为154.0°.     

硅表面微结构对表面润湿方向性影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了硅表面微结构对表面润湿方向性的影响,采用3种不同的微结构探讨了水滴在表面上的扩散方向问题,以及微结构尺寸对表面润湿性的影响.研究结果表明,表面微结构宽度存在临界宽度值,当微结构宽度小于临界宽度时表面表现为疏水性,反之,亲水性增强;在疏水性表面上,水的铺展性表现为各向同性,水滴稳定后俯视图近似为圆形,在亲水性表面,水的铺展性表现为各向异性,表面微结构形状不同,水滴稳定后呈现不同的特殊形状.     

煤吸附水特性的研究

主要分析了煤吸附水的机理及其对吸附瓦斯的影响。分析表明,煤对水分子的吸附从本质上是由于水分子与煤表面分子相互吸引的结果,它们之间的作用力主要包括van der Waals力和氢键。van der Waals力来源于原子和分子间的色散力、取向力(静电力)、诱导力和交换力4种作用。由于水分子与煤表面分子的作用力比较强,煤中水分的存在降低了煤的甲烷吸附量。     

基于界面相互干扰能分析法的二乙醇胺水溶液自发浸润聚偏氟乙烯疏水微孔膜的机理研究

通过van Oss范德华表面张力拟合法,拟合出了聚偏氟乙烯（PVDF）疏水微孔膜和润湿PVDF膜的各界面张力,证实了表面活性剂的吸附入侵机理同样适用于二乙醇胺（DEA）溶液浸润PVDF膜。通过吸附实验和HyperChem软件的分子优化推算出了DEA分子在固液界面的相互干扰能,利用Hamaker算法计算了DEA分子与PVDF膜的相互干扰能。结合DEA分子的固液、固气相互干扰能和Starov界面吸附常数方程,定量计算出了DEA分子在PVDF膜上的固气界面吸附常数几乎为0,即DEA分子在自发浸润过程中吸附在固气表面的可能性极小,从而证实了DEA溶液缓慢浸润PVDF疏水微孔膜的机理是由于固液界面吸附导致固液界面张力下降而引起的液气界面附加压力反向。从相互干扰能的角度研究了润湿现象,并基于所得机理提出了抵抗润湿的方法。     

分子动力学模拟碳纳米管与蛋白质中功能基团的相互作用

采用分子动力学方法模拟了水溶液中单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)与由蛋白质中功能基团功能化的自组装单层膜(self-assem bled monolayers,SAMs)的相互作用.研究结果显示由于水分子的溶剂化效应,单壁碳纳米管(SWNTs)与带电荷的SAMs相互作用能量为零.SWNTs与不带电荷的SAMs可以相互吸附,而影响二者吸附的因素中范德华作用占主导地位.同时通过质心距离分析也证明了功能化基团的种类及电离状态对SAMs与SWNTs的相互作用存在影响,并验证了蛋白质原子和SWNTs的有效相互作用距离.     

Coupling mechanism of multi-force interactions in the myosin molecular motor

The dynamics of the myosin molecular motor as it binds to actin filaments during muscle contraction are still not clearly understood. In this paper, we focus on the coupling mechanism of multi-force interactions in the myosin molecule during its interaction with actin. These forces include the electrostatic force, the van der Waals force and the Casimir force in molecular dynamic simulations of the molecules in solvent with thermal fluctuations. Based on the Hamaker approach, van der Waals and Casimir potentials and forces are calculated between myosin and actin. We have developed a Monte Carlo method to simulate the dynamic activity of the molecular motor. We have shown that because of the retardation effect, the van der Waals force falls into the Casimir force when the distance between the surfaces is larger than 3 nm. When the distance is smaller than 3 nm, the electrostatic force and the van der Waals force increase until the myosin becomes attached to the actin. Over the distances studied in the present work, the electrostatic force dominates the attractive interactions. Our calculations are in good agreement with recently reported experimental results.     

An optimization method for large van der Waals system

An optimization method for the geometry of large van der Waals system was suggested by discussing parallel dimer of benzene. The key of this method is to place some basis functions at interaction region of van der Waals molecules. It is possible to optimize large supramolecular system by using this method because it can greatly decrease the number of basis sets. This method was used to optimize the geometry of dimer of pyrene and the result is satisfactory.     

塔里木盆地煤层坍塌机理研究

利用化学分析和力学研究 ,探讨了塔里木盆地依奇克里克区块侏罗系和三叠系煤层的坍塌机理。这两种煤样的煤化程度较低 ,密度、强度低。煤样比表面积大 ,并含有较多亲水基团 ,相对吸水量和比吸水量都很高。由于水削弱了煤中大分子之间的氢键和范德华力 ,因而煤岩膨胀 ,致使煤岩抗压强度和抗拉强度降低 ,这是煤层坍塌的重要因素。此外 ,煤本身为有机质 ,有较强的亲油性 ,煤岩吸油后造成大分子间交联键和有机小分子的溶解 ,破坏了煤的骨架结构 ,使其强度下降     

蛋白质-核酸复合物氢键与范德华力作用位点分析

为了深入了解蛋白质-核酸相互作用模式,对复合物结构中氢键/范德华力作用力位点上的氨基酸和核苷酸的偏好性(即相对使用频率)进行了统计分析.结果表明:氢键/范德华力作用位点上对氨基酸的偏好性差异均极其显著,与蛋白质-核酸特异作用密切相关的残基侧链与核苷酸碱基间相互作用力位点对氨基酸类型的选择特异性更高;单链RNA分子与蛋白...     

N2-O2二聚物分子间相互作用势的第一性原理计算

原子间及分子间的范德瓦尔斯相互作用在分子结构和固体结构起着非常重要的作用. 在本文中,我们通过基于密度泛函理论的CPMD代码研究了氮气与氧气的分子间相互作用势, 所得结果与实验相符合. 在本工作中, 我们采用了最新且有效的范德瓦尔斯修正描述了至今还没有理论研究的氮气与氧气二聚物的分子间相互作用势.     

氯化氢与乙烯加成反应中化学键动态转变的图像

利用从头算方法研究了氯化氢(HCl)与乙烯(CH2CH2, C2H4)的加成反应。依据分子形貌(MF)理论,计算得到了分子中一个电子所受到的作用势(PAEM)及Dpb,研究了该反应过程中化学键的形成、断裂及范德华相互作用。在分子中紧邻的两原子之间,如果两原子间的Dpb值比体系的电离能大,表明两者之间主要是成键相互作用,反之是范德华相互作用。研究表明,MF理论能够很好地描述分子间的这种范德华作用,并能够特征化化学键的形成或断裂,进而为分子间的化学键形成或断裂提供新的转变图像。     

A supramolecular gel based on an adenine symmetrically grafted Anderson-type polyoxometalate complex

An Anderson-type polyoxometalate was covalently decorated by using adenine on both sides.Through cation substitution,we obtained a new hybrid building block with long alkyl chains for supramolecular gels.According to the synergetic effect of hydrogen bonding of inter adenine units and van der Waals interaction of side alkyl chains,the DODA 3 [A-MnMo 6-A] gelator can stabilize solvent and self-assemble into fibrous structure,forming supramolecular gel.In addition,the reversible sol-gel transformation was achieved by controlling environmental temperature.Scanning electron microscopy,transmission electron microscopy and X-ray diffraction were used to characterize the gel morphology and structure.As a result,we proposed the possible mechanism of gel formation and sol-gel transformation.