分子模拟研究小分子在聚硅氧烷中扩散行为

采用分子动力学(MD)法,在298 K的温度下,对H2,He,O2,N2,CO2,CH4,H2O以及ethanol在聚二甲基硅氧烷(PDMS),聚丙基甲基硅氧烷(PPMS),聚辛基甲基硅氧烷(POMS)以及聚苯基甲基硅氧烷(PPhMS)4种聚硅氧烷体系中的扩散进行模拟.选用对凝聚态的结构和性质描述更为准确的COMPASS分子力场模型.体系进行能量优化后得到的密度和玻璃化温度的计算值和实验值的对比表明模拟体系接近于真实体系.随后进行分子动力学模拟得到小分子的运动轨迹,对小分子扩散的两种方式进行了讨论,探讨了侧链对扩散过程的影响.     

利用分子动力学模拟水和盐在磺化聚苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯膜内的扩散行为

为了深入探究磺化聚苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(S-SEBS)膜脱盐机理,采用分子动力学(MD)模拟研究了S-SEBS膜的微观结构及水和盐在膜内的扩散行为,对比不同盐浓度条件下水分子和盐离子在膜内的扩散系数。研究结果发现,水分子和盐离子在膜内有特定的位置分布和不同的扩散性能。水分子在膜内亲水区聚集成团簇,当膜内含水率较高时,水分子在膜内易形成连续的纳米传递通道;Na+由于强静电吸引作用与磺酸根之间的距离较近,Cl-则由于静电排斥作用远离磺酸根。H2O、Cl-和Na+的扩散系数均随着料液浓度的增加而减小,并在同一体系下按H2O、Cl-和Na+顺序由大到小排列,这与水和盐的尺寸、电荷效应及膜的微观结构有关。盐离子在聚合物膜内以水合离子的形式存在,减小了自身在膜内的有效自由体积,增大了传质阻力,从而增大了S-SEBS膜对水分子和盐离子的扩散选择性,这对获得高盐截留率有至关重要的作用。     

分子动力学模拟研究流体微观结构和扩散性质

通过分子动力学模拟得到了纯水，超临界水以及电解质溶液的微观结构，从而对因液相变，离子水化，离子配位数等做出了微观解释与证明，通过分子动力模拟了有机物在超临界二氧化碳中的扩散系数，在几十个研究体系中取得了与实验值较吻合的结果，并以此为基础，提出了一个普遍化的扩散系数预测方法，通过这些工作，既从微观上阐述了现象的本质，又在宏观上得到了可方便的应用于工程设计的结果，表明了分子模拟作为一种先进的科学研究手段将得到越来越广泛的应用。     

基于分子动力学的沥青自愈合行为研究

选取12种沥青分子及1种SBS分子分别建立了基质沥青与SBS改性沥青的分子结构模型,并利用分子动力学研究了沥青自愈合过程中沥青分子的运动规律及扩散行为。结果表明,沥青自愈合过程按沥青分子的运动特征可分为自由运动、互相渗透及无序化运动3个阶段;沥青不同组分的扩散系数存在显著差异且SBS的添加能显著增大沥青质的扩散系数;在中低温条件下,SBS改性沥青整体扩散系数较大,自愈合性能较基质沥青更佳,但高温时情况则相反。     

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。     

Nb对氢在Fe-13Cr-6Al-2Mo合金中扩散行为的作用

采用电化学氢渗透方法研究氢原子在Fe-13Cr-6Al-2Mo和Fe-13Cr-6Al-2Mo-0.5Nb合金中的扩散行为,分析了0.5%Nb(质量分数,下同)对氢原子在Fe-13Cr-6Al-2Mo合金中扩散行为的作用.研究结果表明:当在Fe-13Cr-6Al-2Mo合金中添加0.5%Nb后,合金的晶粒得到细化,同时合金中析出大量弥散分布的细小Fe₂Nb相.0.5%Nb的添加大幅度降低了氢原子在Fe-13Cr-6Al-2Mo合金中的表观扩散系数,使氢原子在合金中的扩散激活能提高了50.3%.Nb原子通过提高合金中的氢陷阱浓度,有效降低了氢原子在FeCrAlMo基合金中的扩散速率.     

Nb 对氢在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中扩散行为的作用

采用电化学氢渗透方法研究氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 和 Fe-13Cr-6Al-2Mo-0.5Nb 合金中的扩散行为, 分析了 0.5%Nb(质量分数, 下同)对氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中扩散行为的作用. 研究结果表明: 当在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中添加 0.5%Nb 后, 合金的晶粒得到细化, 同时合金中析出大量弥散分布的细小 Fe$_{2}$Nb 相. 0.5%Nb 的添加大幅度降低了氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中的表观扩散系数, 使氢原子在合金中的扩散激活能提高了 50.3%. Nb 原子通过提高合金中的氢陷阱浓度, 有效降低了氢原子在 FeCrAlMo 基合金中的扩散速率.     

温度对质子交换膜扩散性能影响的分子动力学模拟

为了研究Nafion膜的微细观结构及其输运特性,针对目前广为采用的Nafion 117膜并基于Materials Studio软件平台构建了一种分子动力学计算模型,在温度分别为300、353 K时,对其实施了计算,得到了不同水含量下Nafion 117膜的元胞结构,并依据该模型计算了水分子和水合氢离子的扩散系数.模拟结果表明:质子交换膜元胞的密度随水含量的增加而下降,和实验值基本一致,最大偏差在8%以内(300 K);当温度升高时,膜元胞密度降低,这与温度升高、膜体积膨胀导致密度降低的宏观分析完全一致.同时,研究了膜水含量、温度对水分子和水合氢离子在膜内的扩散系数的影响,增加水含量可以提高膜的质子传导率,同一温度下水含量越大,水分子和水合氢离子的扩散系数越大,且同一水含量下温度越高,水分子和水合氢离子的扩散系数越大.     

气体在聚合物中扩散的研究进展

从聚合物形态学方面评述了气体在聚合物中的扩散模型的发展。重点强调了大分子结构形态(链段活动性和结晶度等)对扩散的影响。模型包括根据简单实验数据模拟的经验模型和基于渗透剂与聚合物的物理和化学过程建立的模型。     

ITQ-3分子筛中甲烷和正丁烷混合物扩散性质的模拟

采用分子动力学方法先分别模拟了单组分的CH_4和C_4H_(10)在二维分子筛ITQ-3中的自扩散系数随负载N的变化。研究表明,在z轴方向的窄孔道中,自扩散系数随负载N的增加两者均表现出先增大后减小的扩散模式,而在y轴方向的宽孔道中,则随负载N的增加单调递减。之后,又模拟了二元组分CH_4和C_4H_(10)混合物在ITQ-3分子筛中随总原子数变化的扩散行为。结果发现,在z轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而增大;当负载N较大时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而减小。在y轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散同z轴方向一样表现出随总原子数的增多而增大的现象,明显不同于单组分CH_4在y轴方向上的扩散;但随着负载N的增多,在z轴方向的孔道中发生堵塞效应的总原子数在y轴方向的孔道中仍处于过渡状态。     

分子动力学模拟乙醇／水二元混合物的扩散性质

采用分子动力学方法模拟乙醇／水混合物的扩散性质．模拟中乙醇分子采用点点刚性模型,水分子采用TIP4P模型,在全浓度范围内计算乙醇和水的自扩散系数,分别与实验值和文献的MD模拟值比较．水溶液中,水的自扩散系数描述为结合水分子和自由水分子的综合贡献．计算结果表明,我们采用的乙醇和水的模型对正确描述乙醇／水混合物扩散性质是可行的．     

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.     

模型溶液的分子动力学模拟及扩散系数计算

通过对模型溶液的分子动力学模拟，确定了这些溶液的径向分布函数，自扩散系数Ｄ１、Ｄ２和互扩散系数Ｄ１２。结果表明，用Ｅｉｎｓｔｅｉｎ法和Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ法得到的扩散系数在数值上是一致的；溶液互扩散系数Ｄ１２与自扩散系数Ｄ１和Ｄ２满足关系式Ｄ１２＝ｘ１Ｄ１＋ｘ２Ｄ２。     

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．     

Molecular Dynamics Simulation of Heat Propagation in Liquid Argon

ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎＬｉｑｕｉｄＡｒｇｏｎＧｕｏＺｅｎｇｙｕａｎ（过增元），ＸｉｏｎｇＤａｘｉ（熊大曦），ＬｉＺｈｉｘｉｎ（李志信）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ...     

循环伏安法测定氢在贮氢合金中的扩散系数

利用循环伏安法测定了氢在钒基固溶体V3TiNi0.56Cr0.1贮氢合金中的扩散系数.氢的氧化峰峰值电流IP与扫描速度的平方根υ1/2之间有较好的线形关系,说明整个反应受氢原子的扩散控制.扩散系数为DH=9.8×10-8cm2/s.结果表明:钒基固溶体V3TiNi0.56Cr0.1贮氢合金电极的大电流放电性能较差.     

链球菌G蛋白的力致去折叠研究

G蛋白是一个小蛋白,且是研究蛋白质去折叠的理想模板。当使用机械力对其进行拉伸研究时,发现G蛋白的去折叠过程中存在明显的中间态。在恒力和恒速两种情况下进行拉伸分子动力学模拟,发现其在两种情况下具有相同的去折叠次序,即是C端的β片层部分先去折叠,接着是N端的β片层部分去折叠,然后是C端的β片层完全去折叠,最后是N端的β片层完全去折叠,研究表明氢键对其去折叠有着重要的作用。通过研究对进一步认识蛋白质去折叠机制有重要的参考价值。