基于分子动力学水分和离子在水化硅酸钙纳米孔道中的传输特性研究

水化硅酸钙凝胶是水泥水化产物中最基本的粘结相,水分子和离子在凝胶孔中的传输从根本上决定着水泥混凝土材料的服役寿命.采用分子动力学方法系统地研究了水分子、氯离子和钠离子在1nm、2nm、3nm和4nm的水化硅酸钙凝胶孔中的传输过程.基于径向分布函数和均方位移的离子轨迹分析发现在纳米孔道中离子和水分子展现出异于毛细水的分子结构和动力学特性:水分子有序性排布、离子大量在界面吸附和扩散速度急剧下降.这种分子结构与动力学的特性是因为水化硅酸钙界面处硅链中的非桥接氧会与水分子形成稳定的氢键连接,而钠离子可以形成Na-O化学键,同时表面的钙离子也可以与氯离子形成CaCl2团簇体.此外,随着孔径的增大,离子和水分子的扩散系数逐渐由0.15×10-9m2/s、0.7×10-9m2/s增大到1.3×10-9m2/s、3×10-9m2/s,这很接近于实验测得的毛细水的扩散系数,说明在纳米尺度上,孔径的约束和界面化学键作用是决定离子和水分子传输的关键因素.     

Study on the Characteristics of Gas Molecular Mean Free Path in Nanopores by Molecular Dynamics Simulations

This paper presents studies on the characteristics of gas molecular mean free path in nanopores by molecular dynamics simulation. Our study results indicate that the mean free path of all molecules in nanopores depend on both the radius of the nanopore and the gas-solid interaction strength. Besides mean free path of all molecules in the nanopore, this paper highlights the gas molecular mean free path at different positions of the nanopore and the anisotropy of the gas molecular mean free path at nanopores. The molecular mean free path varies with the molecule’s distance from the center of the nanopore. The least value of the mean free path occurs at the wall surface of the nanopore. The present paper found that the gas molecular mean free path is anisotropic when gas is confined in nanopores. The radial gas molecular mean free path is much smaller than the mean free path including all molecular collisions occuring in three directions. Our study results also indicate that when gas is confined in nanopores the gas molecule number density does not affect the gas molecular mean free path in the same way as it does for the gas in unbounded space. These study results may bring new insights into understanding the gas flow’s characteristic at nanoscale.     

非饱和及饱和状态下水化硅酸钙孔道中水分和离子传输的分子动力学研究

水分子和离子在纳米孔道中的传输是混凝土材料的耐久性的重要影响因素.利用分子动力学方法可以模拟水分子和离子在非饱和及饱和状态下的毛细传输过程,进而探究纳米孔道中水分和离子的传输规律以及与C-S-H界面之间的相互作用特性.非饱和状态下,水分子和离子的传输主要受到毛细作用的驱使,以半月板形界面沿3.4 nm的水化硅酸钙孔道向上侵入;饱和状态下的水分子的传输主要是上下部水分子互相扩散而形成的交互传输过程,使得水分子沿孔道的扩散速度减慢.且饱和状态下,孔道界面处水化层更为紧密稳定,易形成离子簇,直接阻碍了后续水分子和离子的进入.因此,非饱和状态下水分子携带离子在纳米孔道中的传输速度远快于饱和状态.     

表面吸附对JO-9159炸药力学性能影响的分子动力学模拟

为研究表面吸附对JO-9159炸药力学性能的影响,通过Materials Studio软件构建了JO-9159炸药无定形六组分模型,在COMPASS力场和NPT系综下,对其(0 0 1)、(0 1 0)和(1 0 0)3种晶面的表面吸附进行了周期性分子动力学模拟;基于模型的平衡轨迹对JO-9159炸药的力学性能进行了研究。结果表明,在295K下,吸附后其各向同性增长,刚性、硬度和断裂强度减小,柔韧性增强,压缩强度降低;随着JO-9159炸药表面吸附气体分子数量的增加,体系的各向异性减小,各向同性增长,刚性、硬度和断裂强度减小,柔韧性增强,压缩强度降低;在195~395K内,随着温度的升高,表面吸附后JO-9159炸药的各向异性特征降低,各向同性特征增强,刚性、硬度和断裂强度减小,柔韧性增强,压缩强度降低。     

ZSM-5沸石对水溶液中铅离子的吸附性能

研究了ZSM-5沸石对水溶液中铅离子（Pb^2＋）的吸附性能,考察了Pb^2＋初始浓度、吸附剂用量、pH值和吸附时间等因素对吸附的影响。结果表明：ESM-5沸石对水溶液中铅离子有较好的去除效果,当其用量为40g／L时,水溶液中铅离子的吸附去除率达到96．09％;吸附过程在180min时达到吸附平衡;溶液pH值和初始浓度对水溶液中铅离子的去除也有显著的影响,中性和碱性条件下的去除率大于酸性时的去除率;平衡吸附量与吸附平衡浓度之间的关系较好符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程所描述的规律。     

交联淀粉微球对Ni~(2+)的吸附性能研究

以可溶性淀粉为原料,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用反相悬浮聚合得到了一种交联淀粉微球(CSM利用扫描电镜、红外光谱仪和X射线衍射仪对其结构进行表征.研究了在不同温度下CSM对Ni2+的静态吸附行为,并根据吸附等温线研究了吸附热力学性质,结果表明:在308～328K和研究的浓度范围内,CSM对Ni2+吸附行为符合Freundlich方程;CSM吸附Ni2+的吸附焓变△H、吸附自由能变△G、吸附熵变△S均为负值,表明吸附是一个自发的、放热的熵减小过程,适当降低温度有利于吸附.热力学性质分析结果表明CSM主要通过物理吸附方式吸附Ni2+.     

蛭石对水中重金属离子的吸附性能

多金属矿山尾矿库渗滤液造成的地下水重金属污染严重,为有效利用矿物材料对地下水中重金属吸附,在对新疆尉犁蛭石进行定性、定量分析的基础上,通过静、动态吸附实验,研究了其对多金属硫化物尾矿渗滤液中常见的Cu2+、Pb2+、Zn2+、Mn2+的单独或共存状态下的吸附行为及吸附机理.研究表明:蛭石对Cu2+、Pb2+、Zn2+、...     

海藻酸纤维对铜离子的吸附性能

为了研究不同各类的海藻酸纤维对铜离子的吸附性能,用盐酸及硫酸钠水溶液处理海藻钙纤维,分别得到海藻及海藻酸钙钠纤维,把三种纤维分别与含铜离子的水溶液接触后,在不同的时间段测试溶液中铜离子的深度,结果表示：海藻酸、海藻酸钙及海藻酸钙钠纤维对铜均有较好的吸附性能,其平衡吸附容易分别为68.6mg/g,81.7mg/g和71.0mg/g,海藻酸钙纤维的吸附容量在三种纤维中最高,由于海藻酸钙钠纤维遇水后可以很快地吸水膨胀,其吸附速度较其它两种纤维快.     

First-Principles Investigation on Electronic Transport Properties of Tungsten Nitride Nanoribbon Based Molecular Device

The electronic transport property of tungsten nitride nanoribbon-based molecular device is investigated using density functional theory. The study on electronic transport properties are discussed in terms of device density of states and transmission spectrum of the nanoribbon. The scattering region of the nanoribbon is placed between the electrodes. For different bias voltages, the transport properties are studied. The contribution due to various orbitals leads to the peak maximum in device density of states. The transmission spectrum and transmission pathway provides insight to the transmission of charge under various bias conditions. The maximum peak in the transmission spectrum corresponds to the variation in transmission of charge with different bias voltage. The reported results will pave the way to improve the performance in the field of nanoelectronics.