赤藓糖醇微观固液相变及热传导的分子动力学研究

采用分子动力学方法对微尺度下赤藓糖醇的固液相变及热传导现象进行了模拟研究。首先选用GROMOS力场计算了赤藓糖醇固液两相的密度并将预测结果与实测值进行对比,验证了该力场的适用性。采用界面/NPT法模拟了赤藓糖醇的微观熔化过程,通过体系的体积突变得到预测熔点约为400 K,和实测值（392±1） K较为吻合。与直接加热纯固态赤藓糖醇的方法相比,该方法由于引入固液界面降低了成核自由能位垒,使得微观熔化过程的模拟更准确。此外,基于非平衡分子动力学方法研究了赤藓糖醇分子间的微观热传导现象。模拟得到液态赤藓糖醇的热导率为0.33～0.35 Wm^-1K^-1,与宏观实测值（0.33±0.02） Wm^-1K^-1保持一致。因为处于液态时赤藓糖醇的分子分布具有无序性,所以其热导率预测值几乎不随模拟系统的尺寸而变化。     

醇类有机物热传导的分子动力学模拟及微观机理研究

传热是化工生产的基本问题之一,热导率是化工产品生产工艺设计中一类重要的热力学数据。通过非平衡分子动力学方法模拟了8种液态醇类有机物在不同温度下的导热过程。热导率计算值与实验值的平均相对偏差为3.77%。通过对热流的分解发现,分子动能、分子间库仑相互作用和分子内的二面角对醇类有机物的热传导影响较大。同时随着分子链增长,通过分子内相互作用进行的热传导逐渐占主导作用,表明醇类有机物的热能传输机理与分子结构有显著关系。此外,随着温度的升高,通过分子的动能、分子间库仑作用和分子内键角、键伸缩作用项传输的热流增大,表明温度对液态醇类有机物的热传导也有一定影响。本工作从微观分子间和分子内作用分析了液态醇类有机物结构和温度对热导率的影响,为液态有机物的热传导研究提供了微观依据。     

SDS-水体系汽-液界面行为的分子动力学模拟研究

分别采用全原子力场和联合原子力场模型,对SDS-水体系的汽-液界面行为进行分子动力学模拟研究。模拟结果表明,采用全原子力场或联合原子力场模型得到的汽-液界面厚度及界面张力的计算结果相差不大。SDS-水体系的汽-液界面厚度随温度的提高而增加,且比纯水体系的明显增大;SDS-水体系的汽-液界面张力随温度的升高而降低,且比纯水体系的明显降低;联合原子力场模型得到的汽-液界面厚度或界面张力比全原子力场的稍大一点。     

分子动力学模拟在蛋白质固体表面吸附构象转变中的应用

蛋白质在固液界面上吸附过程中,溶液中的蛋白质分子不仅在自身之间存在着相互作用,而且还与水分子和固体表面之间发生着复杂的相互作用,蛋白质分子的生物活性也会发生变化。本文采用分子动力学模拟的方法对这一构象变化的复杂过程进行研究,并以聚十赖氨酸固液界面吸附过程为例进行了分子动力学模拟计算。     

分子动力学模拟剪切速度对纳米间隙中角鲨烷界面滑移的影响

采用聚合物一致性力场(PCFF),分别在7种剪切速度V和3种油膜厚度h下对纳米间隙中润滑剂角鲨烷进行分子动力学模拟,分析固液界面的密度、分子和流速的分布,探究纳米薄膜润滑的润滑机理和剪切速度对界面滑移的影响。结果表明,纳米间隙中润滑剂存在分层现象,各层间距相近,并非越远离固体壁面层间距越大,层间距约为角鲨烷分子单个C-C键距离的3~4倍;随着油膜厚度的减小,纳米间隙中润滑剂层状分布越明显,固化层密度越大;当油膜厚度为3.44 nm时,固液界面滑移现象明显,滑移长度b值随着V先增大后减小,当V为22.8 m·s^-1时,b达到最大值4.35 nm;根据模拟和计算结果,给出滑移长度与剪切速度的关系公式。     

二维氮化铝材料传热性能的模拟研究

二维氮化铝材料是一种新型Ⅲ-Ⅴ族二维材料,具有与石墨烯相似的分子结构和材料性能,受到了广泛的关注,然而其导热性能尚未被充分探讨。应用分子动力学模拟的方法研究了单层二维氮化铝在不同温度的热稳定性和导热性能,并分析了其声子频谱。结果表明,单层二维氮化铝材料可以在极高温度(3500 K)下保持结构稳定性,同时在常温情况热导率可达264.2 W·m~(-1)·K~(-1);在500 K以上温度时,声子色散现象使得该材料热导率明显降低。为二维氮化铝材料导热过程的调控和高温导热材料的应用提供了理论指导。     

介孔复合材料内界面热阻及热导率

界面广泛存在于复合材料中,对介孔复合材料热物性起着决定性的影响,研究界面的导热特性对于认识和理解介孔复合材料的导热机制十分重要。利用非平衡的分子动力学模拟方法计算介孔复合材料中基材与填充物间的界面热阻,考察界面热阻随温度、材料质量差异的变化,进一步用界面热阻修正介孔复合材料的有效热导率。结果表明,界面热阻的数量级为10~(-11) m~2·K·W~(-1),并随温度升高逐渐降低。界面两端材料质量差异越大,界面热阻越高。可通过减小孔径、减小纳米线长度、增大纳米线间距、降低纳米线填充率来降低介孔复合材料的有效热导率。界面热阻能降低材料的有效热导率。孔径越小、纳米线间距越小、纳米线长度越长、填充率越高,界面热阻降低热导率效果越显著。     

基于分子动力学的氧化锌疏水性模拟研究

ZnO材料因其具有油水分离效率高、制备工艺简单、费用低廉等特点,在油水分离领域具有重要的作用。采用分子动力学方法研究了ZnO材料微观疏水机理。通过改变壁面分子与水分子之间的势能函数参数获得不同的固液作用强度与界面自由能的关系;模拟水滴在不同能量表面上的接触角,统计分析液滴在表面上的稳态接触特征,对比基于液滴润湿形态测得的接触角和基于界面能计算获得的接触角之间的差异;基于氧化锌最低表面能界面构造微纳结构,对不同微纳结构的润湿性进行分析。结果表明,ZnO材料气固界面自由能(γ_sv)和固液界面自由能(γ_sl)均随固液作用强度f的增大而增大,固液作用强度的大小可以用于区分ZnO材料的润湿性。随着固液作用强度的减少,改性后的氧化锌刚性表面的疏水性增强。在固液作用强度一定的条件下,微纳结构会使疏水性增强。     

天然气-水-活性剂混合体系在石英表面吸附微观机理研究

构建了天然气-水-活性剂混合体系与α-石英晶面构成的界面超分子结构模型,采用分子动力学方法研究了温度为350 K和325 K,活性剂为甲醇的情况下,岩石对天然气分子以及水分子的界面吸附行为的影响.研究发现甲醇分子可降低水分子与α-石英表面的结合能从而起到降低水锁的危害,并从分子动力学的角度解释了解除水锁危害的微观机理.     

水冷壁式粉煤气化炉炉衬应力场数值模拟研究

针对水冷壁式粉煤气化炉在使用过程中由热应力引起的耐火材料和渣层损毁现象,建立了水冷壁的局部热应力模型,运用ANSYS有限元分析软件对水冷壁式粉煤气化炉使用过程的应力场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉的最大应力出现在锚固钉与耐火材料的界面以及耐火材料与渣层的界面,渣层最大应力的位置在渣层表面。2)渣层厚度的增加可显著降低锚固钉与耐火材料界面处的热应力,但是会导致渣层与耐火材料层间的热应力增大。3)当热导率为2～6 W·m~(-1)·K~(-1)时,随着热导率增加,会导致热应力迅速升高;而当热导率为6～10 W·m~(-1)·K~(-1)时,热应力基本稳定。4)降温速率越快,炉衬各点的温度和热应力下降得越快。     

同核双原子分子流体液汽界面的分子动力学模拟研究

引言流体的界面性质是化工、冶金、材料等工业生产和设计过程中所需的重要基础物性,近年来采用分子模拟方法从微观角度考察流体界面性质的研究日趋活跃。界面体系的分子模拟较为复杂、费时。目前对简单的球形单原子模型流体及其二元混合物液汽界面体系的研究已较为深入,如Holcomb等采用分子动力学（MD）模拟方法较系统地对Lennard-Jones(LJ）流体的液汽界面进行了研究;郭明学和李以圭采用等概率扰动MonteCarlo（MC）模拟方法考察了方阱流体的液汽界面,但对多原子非球形分子模型流体液汽界面体系的研究报道则很少,只有Thompson,Gu…     

分子动力学模拟温度对PE–LD零剪切黏度的影响

采用分子动力学方法模拟分析温度(375~550 K)对低密度聚乙烯(PE–LD)零剪切黏度的影响,通过Material Studio 8.0软件构建分子"位能模型",施加原子水平模拟研究凝聚态优化的分子力场(COMPASS)力场,经过几何优化、退火处理和动力学弛豫后,运行NPT系综的动力学模拟,进行数据处理。结果表明,PE–LD熔体的黏度随温度升高呈指数递减。从分子链自扩散和自由体积来分析其机理,结果显示,温度的升高,加剧了分子链之间的运动,减少了分子间的缠结,增大了熔体的自由体积,减少了分子间的内摩擦,从而导致黏度下降。     

分子动力学模拟在环氧基复合材料中的应用

综述了分子动力学模拟在环氧基复合材料研究中的应用以及模拟结果的有效性,概叙了分子动力学模拟中应用的几种分子力场,以及固化剂的选择对固化材料的密度、热机械性能及玻璃化转变温度(T_g)的影响,并对分子动力学模拟的发展趋势作了展望。     

纳米水液膜蒸发行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,从分子层次研究了纳米水液膜的蒸发过程,探讨水分子数、壁面能量参数、温度等因素对纳米水液膜密度分布、汽-液界面厚度的影响。模拟结果表明,水分子数和壁面能量参数对汽-液界面厚度影响不大。随着模拟温度的增加,汽-液界面厚度逐渐增加;液相主体密度逐渐减小。     

C_(12)E_2-正十二烷-水体系界面行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,对C_(12)E_2-正十二烷-水体系的界面行为进行了研究。模拟结果表明:C_(12)E_2-正十二烷-水体系的界面厚度随温度的升高而产生较大的起伏;在343 K时,界面厚度出现最大值。C_(12)E_2-正十二烷-水体系的界面张力随温度的提高而出现较大的波动;在343 K时,界面张力出现最小值。     

原位聚合树脂提高膨胀石墨/石蜡热导率的研究

为了提高石蜡-膨胀石墨相变储能材料的热导率,以膨胀石墨压缩块(CEG)为基体,分别以低含量酚醛树脂浸渍和原位合成的方式制备高导热骨架,合成出膨胀石墨-树脂-石蜡相变储能材料。结果表明:原位聚合比浸渍可以获得更高热导率的膨胀石墨骨架,热导率由纯膨胀石墨压缩块的65.6 W·m~(-1)·K~(-1)达到68.9 W·m~(-1)·K~(-1)(105%),由其制备的储能材料热导率达到了膨胀石墨压缩块的106%(69.5 W·m~(-1)·K~(-1)),使储能材料热导率高于石蜡和膨胀石墨骨架,说明原位聚合可以强化膨胀石墨导热网络从而提高其热导率。     

相变热界面材料导热增强及定形改善的研究进展

将相变时伴随潜热的相变材料（phase change material, PCM）特别是潜热值较大的固-液PCM引入热界面材料（TIM）领域,有望获得兼具储热和导热双功能的新型热界面材料——相变热界面材料（phase change thermal interface material, PCTIM）。然而,鉴于固-液相变材料的热导率普遍较低且存在液相流动泄漏问题,使得增强热传导并同时提升固-液相变材料的定形性成为研制高性能相变热界面材料（PCTIM）的关键。本文系统评述了国内外研究者在提升相变热界面材料热导率以及改善其定形性方面的策略及其研究进展。文中指出,目前强化PCTIM导热的手段主要有添加高导热填料、促使填料有序结构化以及使用低熔点金属等。在改善定形性方面,已运用的策略主要包括使用柔性载体负载固-液PCM以在保证一定柔性的基础上克服其液相泄漏问题,使用固-固PCM来取代固-液PCM来彻底避免液相泄漏问题的出现,以及将固-液PCM封装在微米级或纳米级胶囊内,旨在牺牲借助液相PCM增加柔性的功能,而且通过提高PCTIM的潜热值来提升其抗热流冲击性能。文章指出,当前已研制的PCTIM热...     

碳化硅材料热导率计算研究进展

从声子散射机制出发,介绍了Si C热导率的温度特性和微观导热机理。综述了Si C单晶热导率的2种主要计算方法。Boltzmann-弛豫时间近似(RTA)适用于各个温度段的热导率计算,而分子动力学方法更适用于高温热导率计算。分子动力学方法相比于Boltzmann-RTA方法的优点在于它可以考虑所有高次项的非谐作用。介绍了3种Si C陶瓷热导率近似计算模型,包括界面热阻模型、Debye-Callaway模型及多相系统热导率模型。下一步研究的主要方向仍然是优化计算模型及减少拟合参数。     

纳米复合相变蓄热材料的制备与特性

相变蓄热材料(phase change materials,PCMs)是相变蓄热技术研究的基础。针对普通相变蓄热材料热导率低的缺点,采用纳米技术改善石蜡的相变传热性能,从而提高其热导率及热扩散系数。通过纳米颗粒-石蜡复合材料熔化过程测试和纳米颗粒沉降过程观察,确定铜纳米颗粒和Hitenol BC-10分别作为实验用纳米颗粒和分散剂,在制备稳定的纳米铜颗粒-石蜡复合相变材料的基础上,对其热物性进行了实验研究。结果表明纳米铜颗粒的添加使得石蜡热导率增幅最大,实验测得固态纳米铜-石蜡热导率提高7.9%,液态提高3.8%,而固、液态热扩散系数则分别提高了20.6%和16%。     

接触角的研究现状及其在凝胶干燥中的作用

接触角是固体表面润湿性能的重要参数之一。根据接触角可以获得固体表面的固-液、固-汽界面的许多信息。本文简要介绍了接触角在凝胶干燥中的作用,并对接触角的相关理论研究、实验测量方法以及分子动力学模拟研究进行综合评述。