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。     

HFC-227ea热力学物性的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟算法研究了七氟丙烷 (HF C-2 2 7ea)的热力学物性。通过将 HFC-2 2 7ea作为极性的两质点 L ennard-Jones流体处理建立了相应的势能模型。利用等温等压系综 +测试粒子 (NPT+ Test Particle)算法对 HF C-2 2 7ea的气液相平衡性质、过冷液和过热蒸气性质进行了模拟。模拟结果与美国国家标准研究所 (NIST)的数据库的最大相对偏差分别在 1.3 % (单相区 )和 1.6% (气液平衡区 )以内 ,表明该模拟方法已可用于物性的预测和工程实际     

不同水分子模型凝结系数的分子动力学模拟对比研究

采用平衡分子动力学（EMD）方法模拟研究了水的凝结过程，用“特征时间法”统计得到4个不同温度下5种不同水分子模型（SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P和TIP5P）的凝结系数．模拟结果表明，不同模型得到的凝结系数都随温度的升高而减小．在相同温度下，凝结系数的统计结果表明：当温度高于400K时，凝结系数按SPCE、TIP4P、TIP3P、SPC、TIP5P模型呈递减趋势，并且TIP4P和TIP3P模型的凝结系数相近；当温度低于400K时，5种模型凝结系数的统计结果相差不大．发现TIP5P模型在温度约高于520K时得不到明显的汽液两相区，无法统计高温下水的凝结系数．     

气体的输运过程与输运系数

根据气体输运过程粘滞、热传导和扩散这三种现象的共有特性,推导了输运过程遵循的共同规律,给出了推证气体输运系数公式的一种方法,避免了热学教科书中对三种输运现象分别进行了讨论带来的麻烦。     

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.     

输运过程与输运系数的推导

将输运过程的三种现象统一起来一次性进行讨论,并给出输运系数推导的两种不同方法,第二种方法更优之。     

输运过程和输运系数的推导

气体的输运过程,是非平衡态向平衡态的过渡过程。严密、精确的讨论其微观实质是本章的重点。文章给出输运过程和输运系数简易的推导方法。这种方法不仅适合在普通物理中采用而且适合于基础差的少数民族学生进行教学。     

金刚石导热系数的各向同性分子动力学模拟

针对描述金刚石原子间作用力的Tersoff作用势,建立了对应的各向同性非平衡态分子动力学外加力场模型,并采用这种模型模拟了金刚石的导热系数.模拟结果显示:在施加外加扰动力场后,沿力场方向的热流迅速增大并收敛;外加力场越大,相应力场作用下的导热系数的模拟结果越小,金刚石导热系数与外加力场大小呈二次衰减指数关系.与平衡态分子动力学模拟相比,各向同性非平衡分子动力学方法可节省计算机模拟时间约80%;而且对于三维结构,2种方法的模拟结果较为一致,但2种模拟结果均小于实验值,这主要是由描述原子间作用力的Tersoff作用势的非谐性所致.     

硅纳米线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硅纳米线的热传导性能,并对其主要影响因素作了分析.模拟结果表明:在相同的温度区间(800~1 500 K)内截面形状为正方形的纳米线的导热系数要比体态硅小2个量级,且随着温度的上升,导热系数随之下降;当模拟温度固定时,导热系数随着纳米线长度的增加而增加,并趋于一个收敛值;同时当纳米线的截面面积增加时,导热系数也随之增加;当纳米线表面存在缺陷时,其热传导系数小于无缺陷纳米线的值.     

氯离子通道膜蛋白内部离子输运的动力学模拟

为了方便、直观地研究氯离子通道膜蛋白内部氯离子输运过程的动力学性质,利用全原子分子动力学模拟方法对大肠杆菌氯离子通道膜蛋白的蛋白质-膜-水溶液系统进行能量最小化和平衡模拟,并对氯离子在通道中输运过程的受力进行拉伸分子动力学模拟计算。结果表明：平衡模拟约40 ns后,膜蛋白结构逐步达到热力学平衡态;通道内部中间结合位点氯离子与周围氨基酸相互作用最强,稳定性最好;氯离子输运过程中主要受到通道尺寸影响,通道宽处受力小,通道窄处受力大,其中靠近外部结合位点处通道最窄,氯离子所受拉力最大,约为300 pN。     

热处理工艺对聚乙烯醇力学性能影响的分子模拟研究

为了研究不同热处理工艺对聚乙烯醇力学性能的影响,使用Build polymers命令构建了链节数为100的1,3-乙二醇高分子链,采用Amorphous Cell模块将优化好的链段结构构建在三维周期边界下,得到聚乙烯醇的结构模型.采用COMPASS力场,取NVT系综,分别在363、373、383和393K温度下进行分子动力学计算,以模拟不同的热处理温度;取冷却速率分别为17和5K/600ps,以模拟快速冷却和缓慢冷却对聚乙烯醇力学性能的影响.结果表明,与快速冷却相比,缓慢冷却所得聚乙烯醇刚性减小,弹性伸长增加,延展性增强,力学性能得到改善.373K热处理温度下所得PVA的泊松比和柯西压最大,弹性伸长最好,延展性最强,力学性能最佳.     

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。     

有机蒸气-空气扩散系数的分子动力学模拟

气体扩散系数是一个重要的传质基础数据,基于分子模拟理论,利用分子模拟软件Materials Studio 7.0对部分有机蒸气-空气扩散系数,包括正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷,进行分子动力学模拟,建立气体分子结构模型,构建晶胞,经弛豫、分子动力学运行后,对平衡体系进行分子动力学运行和分析,得到气体分子的均方位移曲线。输出相关数据并计算扩散系数,然后分析分子量及体系温度对模拟结果的影响情况,同时将扩散系数模拟值与实测值进行对比分析,从而验证了该方法的可行性。     

超薄膜润滑的分子动力学模拟

超薄膜（膜厚趋于分子量级）的摩擦特性与宏观流体膜有很大的不同,与超薄膜的微观结构有密切的关系。本文应用可以同时模拟超薄膜宏观和微观特性的分子动力学模拟（ＭＤＳ）方法,研究了超薄膜的微观结构与摩擦学特性间的关系,发现了平行于壁面的层状类固态结构;固液作用强度及膜厚大小对类固态结构有着明显的影响;超薄膜的极限膜厚由类固态与液相的比例决定。这种微观结构的相变改变了超薄膜的摩擦学特性。模拟中还发现了剪切诱导的微观构型。     

超薄氩膜热传导的分子动力学模拟

采用基于经典理论的平衡态分子动力学(EMD))方法，在无量子化修正的条件下，计算了固态氩(Ar)在低于其Debye温度(92K)下的导热系数．温度在20K以上时，模拟结果和实验值吻合较好，说明固态Ar的量子化效应对其热传导性能影响不大，温度低于20K时，由于模拟区域对长波声子的裁剪作用使得模拟结果比实验值低．在此基础上，使用经典分子动力学基于三向、两向周期性边界条件的各向异性非平衡态薄膜模型，模拟了超薄Ar膜在40K的导热系数，2种模型给出了具有相同变化趋势的薄膜热传导特性曲线，即：随着膜厚的增加，导热系数增大，且模拟结果同模拟区域横截面大小无关．在相同条件下，2种模型得到的氩膜导热系数相差10％左右．     

纯铁液凝固过程的分子动力学模拟

为了研究纯铁熔液体系在凝固过程中的演变行为,采用分子动力学方法和带有范德瓦尔斯项的长程F-S势函数对液态Fe凝固过程的结构和能量演变进行模拟。径向分布函数、原子均方位移函数和Fe原子的聚集状态变化图像显示,凝固过程是Fe原子由无序向短程有序再向长程有序的变化过程,其中的短程有序结构可能是Fe原子组成的团簇结构;凝固过程中体系的总能量变化呈逐渐降低,Fe单质完美晶体的凝固温度约为2400 K。     

超临界甲醇的分子动力学模拟

本文采用分子动力学（MD）方法对超临界甲醇体系结构性质和动力学性质进行了模拟研究．结果表明,在超临界条件下甲醇体系因密度涨落存在分子聚集现象,且在低密度区域更明显．与常温常压条件下相比甲醇分子间的氢键作用明显减弱,结构变得松散,分子极性大大降低,自扩散系数上升了十几甚至几百倍．随着压强的增大,甲醇分子间的氢键作用增强,扩散系数减小;随着温度的升高,甲醇分子间的氢键作用减弱,自扩散系数增大,且在接近临界压力时、自扩散系数随温度的变化幅度更大．     

基于Lennard-Jones和Soft-Sphere势能模型的流体传递性质分子动力学模拟比较

利用分子动力学模拟计算传递性质方法，采用Green-Kubo关系式基于Lennard-Jones势能模型和Soft-Sphere势能模型模拟了速度相关函数、压力张量相关函数、热流相关函数以及它们对应的传递系数，讨论了Lennard-Jones势能分子间吸引力和Soft-Sphere势能“软度”对流体传递性质的影响．     

分子模拟研究醇醚类表面活性剂耐盐机理

采用分子动力学模拟方法研究十二烷基羧酸钠(sodium dichloroisocyanurate, SDC)与十二烷基醇聚氧乙烯醚羧酸盐(dodecyl alcohol polyoxyethylene ether carboxylate, C₁₂E₃C)在水溶液和盐溶液中的聚集行为,并分析其与钠离子、钙离子之间的相互作用,从分子水平上解释两种表面活性剂的耐盐机理。结果表明在盐溶液中,钙离子与两种表面活性剂形成盐桥结构,降低了表面活性剂的静电作用,使得胶束结合更为紧密;钙离子进入表面活性剂的极性头,改变极性头周围的水化结构。通过分析极性头与离子之间的均力势,发现阳离子与C₁₂E₃C结合所需跨越的能垒高于SDC,在宏观上表现出醇醚羧酸类表面活性剂的耐盐性要高于烷基类羧酸盐。