超临界流体分子动力学模拟的概述

通过从多个方面来阐述超临界流体的分子动力学模拟,介绍超临界流体在分子动力学模拟中用到的势能模型,阐述在模拟的过程中我们应该从哪些方面入手来分析数据,确立有用的研究价值。     

超临界L-J流体粘度的分子动力学模拟

用分子动力学模拟了超临界Lennard-Jones(L-J)流体在微通道内的剪切应力与速度分布.利用经典流体力学理论中剪切应力和速度分布之间的关系式,得到了超-临界氩与超临界氦在不同温度和密度条件下的动力粘度.结果说明,L-J流体模型得到的超临界氩的粘度与美国国家标准局(NIST)公布的数据十分接近,超临界氦的粘度与NIST中的粘度数据具有相同的数量级,但是数值稍有偏差,说明氦这种量子流体,单纯以L.J流体势能模型为基础是不完全的,需要在此基础上进行量子效应的修正.     

基于分子动力学方法模拟硅功能化石墨烯纳米压痕过程北大核心CSCD

基于分子动力学方法,采用Tersoff势函数与Lennard-Jones势函数,结合速度形式的Verlet算法,首先对单层石墨烯薄膜的分子动力学模型进行了纳米压痕力学过程的模拟.通过模拟得到单层石墨烯薄膜的荷载-位移曲线,并对其进行最小二乘法拟合,得到了单层石墨烯薄膜的弹性模量和强度,通过和已有研究结论进行对比,验证了模型的有效性.最后建立了由双层石墨烯薄膜构成的硅功能化石墨烯分子动力学模型,进行了纳米压痕力学过程的模拟.采用同样的计算方法和过程,得到了硅碳比(硅原子数与碳原子数之比)为0.65%的双层硅功能化石墨烯材料的弹性模量和强度分别为0.98 TPa和247.33 GPa.     

平衡态气体分子间碰撞过程的分子动力学模拟方法研究北大核心CSCD

以平衡态气体分子间的相互碰撞过程为研究对象,尝试刻画微观机制过程的统计学规律,开展分子动力学模拟的新方法研究。提出基于最短自由飞行时间确定时间步长的新模拟算法,给出对应的分子碰撞判别式和三维空间非对心碰撞速度更新式,建立具有周期边界的正方体模拟空间模型,按照1∶1真实比例投放模拟分子数目,利用C语言自编程序,模拟了两个不同空间模型内的气体分子运动全过程。结果表明:气体分子间碰撞次数、分子碰壁次数、分子的速度分布、自由程分布以及自由飞行时间分布的模拟统计结果,与理论计算值高度一致或误差处于概率波动范围内,从而证明了本模拟方法的正确性。本模拟方法为进一步研究非平衡态混合气体中各种扩散迁移过程的微观机制提供了可行的新计算方法,并有助于解决一些实际工程应用问题。     

辐射交联聚丙烯的超临界二氧化碳发泡EI北大核心CSCD

为了提高直链型聚丙烯(PP)的发泡性能,选用三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)为交联剂与PP共混热压成PP片材,用伽玛射线对PP片材进行辐射改性。采用超临界二氧化碳发泡技术对不同TAIC含量和不同吸收剂量PP片材进行发泡研究。结果表明,TAIC的质量分数为0.5%~2%时,PP较为适宜发泡。当TAIC质量分数为2%(PP2)时,辐射交联增加了PP2的交联度,降低了PP2的熔体流动速率,提高了PP2的发泡性能。PP2片材吸收剂量为10 k Gy时,交联最为充分,此时PP2发泡的性能较好(泡沫的泡孔尺寸分布均匀,体积膨胀率为15)。在相同的发泡条件下,辐照改性PP2的泡孔直径大小随吸收剂量的增加而增大。     

超临界流体剥离制备石墨烯研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯作为一种新型二维碳纳米材料,具有极好的物理性质和极大的应用潜力。如何大规模制备高质量、低成本的石墨烯是石墨烯产业化的关键问题。本文综述了石墨烯的制备方法及其优缺点,详细介绍了超临界流体剥离制备石墨烯的原理、研究现状及表征方法。讨论了超声波和芘基聚合物辅助超临界流体剥离制备石墨烯法的特点。超临界流体剥离制备石墨烯法设备简单、条件易达到、产品质量高,为石墨烯的工业化生产提供了新的思路。     

聚丙烯腈在不同溶剂中的分子动力学模拟EI北大核心CSCD

用分子动力学模拟方法在333 K对聚丙烯腈(PAN)与二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、碳酸亚乙酯(EC)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)4种不同溶剂形成的溶液进行了研究。从模拟4种溶液体系得到的平衡快照可见,PAN在EC中有最伸展的构象;PAN在各溶剂中的回转半径(Rg)大小顺序为Rg(EC)>Rg(DMF)>Rg(DMAc)>Rg(NMR);PAN链在EC中的分子内N-N原子间径向分布函数(RDF)峰值较在其它溶剂中小,且PAN与EC的分子间RDF峰值最大,PAN与EC之间有最强的相互作用;PAN的均方位移(MSD)曲线显示,PAN链在EC中的移动性最差,说明PAN在EC中的特性黏度最大。以上结果表明,在333 K时,4种溶剂对PAN的溶解能力顺序为EC>DMF>DMAc>NMP。     

不同结构二氧化碳水合物热物性的分子动力学模拟

二氧化碳水合物在空调蓄冷、海水淡化、烟气捕集以及置换法开采天然气水合物等领域均有重要应用,热物性是气体水合物技术发展和应用的基础.以I型二氧化碳水合物、II型二氧化碳水合物、II型二氧化碳和环戊烷二元水合物为对象,采用平衡分子动力学模拟手段,研究了20MPa、50-200K条件下二氧化碳水合物的热物性,包括密度、等温压...     

iPP/PET原位微纤复合材料的超临界二氧化碳发泡行为EI北大核心CSCD

利用微纳层叠共挤技术中独特的剪切拉伸复合流动场作用实现聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在聚丙烯(i PP)中的原位微纤化,研究了PET的原位微纤化对i PP/PET复合材料发泡行为的影响。扫描电子显微镜结果显示,经过微纳层叠共挤装置挤出后,PET在i PP中形成直径为0.2~1μm的微纤。PET微纤化显著地改善了i PP的结晶性能、流变性能及发泡性能。差示扫描量热测试结果表明,PET微纤对i PP具有明显的异相成核作用,能提高i PP的结晶温度和熔点;拉伸流变行为分析发现,PET微纤的形成使得i PP产生明显的应变硬化现象;通过超临界二氧化碳发泡发现,i PP/PET原位微纤复合材料的泡孔比纯i PP更加稳定,尺寸更小,密度更大,且泡孔内存在三维微纤网络结构。     

超临界流体辅助废橡胶螺杆挤出连续再生工艺优化设计EI北大核心CSCD

通过自主研发的超临界流体辅助螺杆挤出连续再生实验平台,探究不同工艺条件对废旧胶粉再生程度的影响。实验结果表明:喂料螺杆与主螺杆最优的转速比为1∶4;再生过程中交联键断裂后搭接形成亚甲基和碳碳双键;超临界流体环境下制备再生胶的微观形貌具有更高的连续性和一致性;在螺杆转速为50 r/min的条件下,挤出产量达92 kg/h;超临界流体的加入有利于提高再生胶的品质,具有最佳再生效果的工艺条件为:螺杆转速为40 r/min,超临界流体与胶粉质量比为2%,机筒温度在水平3,这为本项目的深入实验及工业化应用奠定了基础。     

聚乙烯热裂解行为的分子动力学模拟

基于AMBER力场,采用周期性边界条件对聚乙烯模化物的热解过程进行了分子动力学模拟,模拟温度为300～1200 K.模拟结果表明,当温度高于600K时,C-C键开始发生断裂,整个分子链发生解聚,形成各种大分子碎片,随着温度的进一步升高,大分子碎片进一步分解成小分子碎片.聚乙烯的热解是典型的无规裂解,运用自由基链反应理论分析了各种热解主要产物的形成机理.     

木质素热解机理的分子动力学模拟研究

为了理解木质素热解过程及其热解主要产物的形成演变机理,对木质素模型化合物的热解过程进行了分子动力学模拟,模拟基于AMBER力场,采用周期性边界条件,模拟温度在300～1200K.模拟结果表明热解可大致分为3个阶段:低温阶段(450K以下)、中温阶段(450～800K)、高温分解阶段(800K以上).温度上升到400K时,开始有少量羟基和甲基断裂,随着温度的升高,在600K时连接苯丙烷结构单元的醚键开始发生断裂,整个分子发生解聚,形成各种分子碎片.结合相关文献的实验结果分析了热解产物的可能途径.     

聚合物中小分子扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法,以研究低聚体在聚甲基丙烯酸甲酯中的扩散为例,通过分析高分子链长、低聚体含量、聚合度和温度对扩散系数的影响,揭示小分子在聚合物中扩散过程.通过比较扩散系数的模拟值与实验值,发现两者比值在4左右.为获得小分子在聚合物中的扩散系数提供了一种较好的方法.     

掺硅a-C∶H材料光学性质的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,对掺Si的非晶碳氢材料的结合键、C-sp3含量、电子结构、光学性能等物理性质进行了理论模拟研究。研究结果表明,在Si掺杂量小于8%时,随Si掺杂量的增加,Csp3含量,C-Si键数量均呈现增大的趋势,而C-C键数量则有所降低。在光学特性上,在波长为400~800nm范围内,其透过率在Si掺杂量为1.5%时达到最大值,然后,随Si掺杂量增加其透过率先减小后增大,并在掺杂量为4.5%处达到一个透过率的极小值。此外,当Si掺杂量为4.5%时,其反射率和吸收系数最大。     

纳米流体的分散性研究及其热物性测量

采用"两步法"制备了稳定性良好的γ-Al2O3-DW和CNTs-DW纳米流体,研究了分散剂对纳米流体悬浮稳定性的影响,测试了溶液的热扩散系数和比定压热容,并根据测试数据计算出导热系数.结果表明,分散剂种类和用量对纳米流体的分散有重要影响,相对于基础液体(DW),纳米流体的导热系数和热扩散系数有一定的提高,但比定压热容减小.     

MgO材料高压熔化特性的分子动力学模拟

用Shell模型分子动力学(MD)方法对MgO材料的高压熔化特性进行了研究,势函数取Buckingham形式.将计算得到的熔化曲线与实验以及其它理论结果在0～140GPa的压力范围内做了比较,通过修正得到的MgO熔化温度和实验测量能够很好地符合.MgO熔化模拟的结果对固体材料一阶相变分子动力学模拟的过热理论做了进一步的验证.另外,我们对反映体系微观结构的MgO径向分布函数(RDF)进行了分析.     

多元施主掺杂对直流ZnO压敏陶瓷结构与电气性能的影响EI北大核心CSCD

采用传统的陶瓷烧结工艺制备B_(2)O_(3),In_(2)O_(3),Al_(2)O_(3)多元施主掺杂的直流ZnO压敏陶瓷样品,考察不同掺杂比(0.1%~0.4%,摩尔分数)的B_(2)O_(3)对直流ZnO压敏陶瓷样品微观结构和电气性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱及数字源表等分别对样品的物相、微观形貌、成分及电性能进行表征。结果表明,多元施主掺杂剂(Al_(2)O_(3),In_(2)O_(3)和B_(2)O_(3))的共掺杂明显改善直流ZnO压敏陶瓷的综合性能,其中,Al_(3)+提高样品的电导率,降低样品的残压比;In^(3+)通过钉扎效应限制晶粒的生长,改善样品的电压梯度;B^(3+)的掺杂增加样品的表面态密度,提高势垒高度并有效抑制泄漏电流的增加。B_(2)O_(3)掺杂量为0.3%时,样品的综合性能最优:电压梯度为486 V/mm,泄漏电流密度为0.58μA/cm^(2),非线性系数为85,残压比为1.55。     

分子动力学模拟的计算及应用

主要介绍分子动力学模拟的来源,从分子动力学的运动方程出发,详细介绍分子动力学模拟过程中的数据分析方法:有限差分法,分子动力学模拟所适用的系综,以及最后对于模拟数据的热力学性质的计算。     

硅晶体中点缺陷结合过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法模拟了硅晶体中空位与间隙原子的结合过程.利用Stillinger-Waber三体经验势函数表征原子间的相互作用,采用Verlet积分算法,在VC＋＋环境下使用C＋＋语言编程,进行计算机模拟.结果表明,空位和间隙原子倾向于通过＜111＞方向结合,并且在运动过程中存在着势垒,势垒值为0.5～1.2eV.