基于平衡态和非平衡态分子动力学模拟研究锗烯热导率

利用平衡态和非平衡态分子动力学模拟的方法计算了锗烯的热导率。首先,应用平衡态方法模拟了锗烯的热导率并进一步计算了热导率分解的各个分量。与石墨烯不同,锗烯热导率较小且 分量占主导。其次,应用非平衡态方法模拟计算了一系列长度的锗烯热导率,通过拟合得到不依赖长度的收敛热导率。最后,比较平衡态和非平衡态两种模拟方法得到的结果。发现不仅在数值上结果是一致的,而且通过拟合声子群速度将平衡态数据转换为长度依赖关系,也可以与非平衡态数据很好的重合。因此,基于平衡态和非平衡态两种方法应用GPUMD程序模拟计算的锗烯热导率都是有效且等价的。     

金刚石探针划切石墨烯的分子动力学模拟

石墨烯被认为是当前最有发展前景的二维纳米材料,拥有优越的物化特性和广泛的应用前景,但石墨烯没有带隙,极大限制了其在电子领域的应用,精密切割能为石墨烯打开一定的带隙。本文采用分子动力学模拟方法对石墨烯进行划切,分析金刚石探针沿不同方向划切石墨烯的微观形貌,研究有无基底、不同切割方向等参数对石墨烯划切边缘能量及划切力等的影响规律。模拟结果表明:金刚石划切石墨烯具有各向异性特征,切割边缘粗糙,没有明显armchair型边缘或zigzag型边缘特征。      

分子动力学研究He对钨∑3{112}对称晶界拉伸性能的影响

使用分子动力学方法计算模拟了Σ3{112}晶界上含有不同大小和浓度He泡的钨晶体的拉伸性能。应用共近邻分析法和位错分析法分析了晶体屈服前的微观结构演化机理。结果表明:当晶界上无He泡或只含有小尺寸单He泡时,在拉伸屈服前都经历了弹性阶段和结构相变阶段;在结构相变阶段,晶格原子的相对位置发生了变化。拉伸过程中,小He泡造成的晶格损伤会自动恢复,对晶体屈服应力和屈服应变无显著影响,He泡的能量受周围晶格钨原子间距的影响。晶界上的大尺寸He泡造成晶格损伤无法恢复,并且He泡越大,晶格损伤越大,相应地屈服应变、屈服应力和弹性模量越小。晶界上高浓度的He泡易导致晶界脆化,使钨晶体在屈服后就开始断裂分离。     

单晶铝孔洞生长的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟不同晶向单轴加载过程中,单晶铝中微纳米孔洞(约1.6 nm)的生长及周围区域的变形过程。为研究晶向对孔洞生长的影响,对具有相同初始孔洞体积分数的两个晶向进行拉伸加载,并对不同温度影响进行研究。结果表明:A晶向(x-[100],y-[010],z-[001])的形变机制主要是{111}晶面部分位错引起的堆垛层错,B晶向(x-[-110],y-[111],z-[11-2])主要是位错的移动与堆积;B晶向比A晶向的位错成核应力大;B晶向屈服应力比A晶向对温度敏感。     

纳米结构表面液体沸腾传热的分子动力学模拟

为了从纳米尺度了解表面结构和润湿性对池沸腾液体与固体壁面的传热性能,本文采用分子动力学方法研究了超亲水至超疏水不同润湿性的液体氩在光滑表面和含凹、凸半球纳米结构表面的沸腾传热过程,分析了三种表面上液氩在受热过程的形态、温度、热流密度等相关参数的变化情况。结果表明,液氩层沸腾过程大致可分为液氩层吸附于固体表面和液氩层从壁面脱离两个加热阶段,当液氩层吸附于固体表面时,温度升高、热流密度及气态氩原子产生速度均大于液氩层脱离壁面时的情况,在这两个阶段亲水表面上氩原子温度变化有明显的拐点,而疏水表面在两个阶段加热过程相差不大。亲水表面上的微结构能吸附更多液氩原子,促进了气泡产生及加速温度、热流密度的变化,而在疏水及超疏水微结构表面,微纳结构与液氩间的气膜层促进了气泡产生,计算结果为池沸腾传热及微结构选择提供了理论依据。     

ε-CL-20在二元混合溶剂中晶体形貌的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟的方法探究了乙酸乙酯与二溴甲烷组成的二元溶剂在298.15 K,1 atm下对ε-CL-20晶体形貌的影响。通过修正附着能模型(MAE)模型探究了溶剂-晶体相互作用,用分子动力学模拟预测了不同组成的乙酸乙酯/二溴甲烷混合溶剂中ε-CL-20的晶体形貌并与实验获得ε-CL-20的晶体形貌进行了对比。结果表明,实验获得的晶体形貌与模拟结果一致,且晶面粗糙度越大,溶剂-晶体相互作用越强。此外,还通过均方位移(MSD)分析了溶剂分子在不同晶面的扩散系数,探究了溶剂扩散速率对不同晶面的影响,并利用径向分布函数(RDF)分析了溶剂分子与晶体分子间相互作用的组成。     

分子动力学模拟技术在有机蒙脱石研究中的应用

综述了现阶段分子动力学模拟技术在有机蒙脱石研究领域的进展情况,指出了现有研究中存在的问题并对其应用前景进行了展望。通过总结发现当前研究所存在的问题主要是建立的蒙脱石模型较为理想化,没有充分考虑外界环境因素以及蒙脱石类质同象取代位等晶体化学特征对有机蒙脱石层间结构和性能的影响,但随着模拟细节的逐步完善和计算机运算能力的提高,相信分子动力学模拟技术必然会更加广泛、更加深入地应用于有机蒙脱石的研究当中。     

NR/CIIR/TPI共混物相容性及力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法计算了不同聚合度的天然橡胶(NR)、氯化丁基橡胶(CIIR)和杜仲胶(TPI)的溶解度参数,分析了体系的相容性;模拟研究了NR/CIIR/TPI共混物的力学性能。结果表明,添加30份以内的TPI可以降低模量,改善共混物的力学性能。     

甲烷的自扩散系数的分子动力学模拟研究

运用分子动力学模拟方法研究了甲烷在较宽温度和压力范围的分子自扩散系数。结果表明,甲烷自扩散系数的模拟值与文献实验值吻合得较好。因此,可以采用分子动力学模拟来代替实验,获得高温高压条件下实验难以测量的甲烷自扩散系数。     

水分子在碳纳米管内的扩散研究

本文在不同温度下分别模拟了(8,8)、(9,9)、(10,10)扶手椅型碳纳米管中水的结构和扩散,在300 K的(8,8)型碳纳米管中水分子形成了规则的四边形结构,再现了Alberto Striolo的研究结果。不同管径中水分子的径向分布函数表明,随着管径的增大水分子的受限效应逐渐减弱,水分子平均氢键的数目逐渐增大,从(8,8)管中的平均2.10个氢键到(10,10)管中的2.28。