裂纹对石墨烯拉伸力学性能影响的数值仿真

为研究裂纹对石墨烯力学性能的影响,以锯齿型石墨烯为研究对象,基于分子动力学方法,采用Tersoff势函数分析裂纹长度对石墨烯拉伸力学性能的影响以及含有裂纹的石墨烯在不同应变率下的拉伸变形破坏过程.结果表明,裂纹长度的增加大大减小石墨烯的抗拉强度和抗拉应变,对弹性模量有一定影响;裂纹降低石墨烯的抗拉应变对应变率的敏感性,但对于含有裂纹的石墨烯,仍可以增大加载速率来提高石墨烯的抗拉性能.     

WC–Co硬质合金摩擦磨损行为的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟研究了WC–Co硬质合金在不同条件下的摩擦过程,分析了晶粒尺寸、摩擦载荷和滑动速率等因素对硬质合金摩擦磨损行为的影响,从原子尺度揭示了硬质合金发生摩擦磨损的微观机制。结果表明,随晶粒尺寸增大,相比于晶粒转动,Co相和WC中的位错滑移逐渐在摩擦引起的塑性变形机制中起主导作用。摩擦载荷增大会导致易变形的Co粘结相被挤出表面而首先去除,通过减小晶粒尺寸可以抑制Co相的挤出–磨损机制,进而提高硬质合金的抗滑动磨损性能。滑动速率升高会降低磨损速率,主要原因是在高速滑动过程中,亚表层各相中位错的形核扩展缺乏持续的驱动应力,位错密度较低,WC不易发生断裂,Co相被挤出表面造成的磨损程度明显减轻。     

分子动力学在材料科学中的应用

分子动力学方法是进行物质原子或分子层次计算机模拟时所采用的一种基本方法。通过分子动力学模拟，可以给出原子尺度上材料及其演化过程细节的可能性，具有无先例的准确性，使材料设计和性能预测成为可能。本文分析了分子动力学模拟的基本原理和算法；综述了分子动力学在材料科学中的应用，介绍了最近发展的第一原理分子动力学模拟，指出材料科学中第一原理分子动力学模拟的应用还有待进一步发展。     

分子动力学模拟铜纳米团簇的结构稳定性

利用分子动力学研究了原子数为13～1 055的铜纳米团簇.结果表明:随着尺寸的减小,铜纳米团簇的结构发生晶体→非晶→晶体→非晶→晶体→非晶的转变.团簇平均原子结合能随着尺寸的减小而减小,且只依赖于短程有序,这说明了团簇平均原子结合能一般不能够作为非晶与密堆结构晶体转变的判据.平均原子间距不但依赖于团簇的尺寸,且对团簇结构的变化敏感,可以作为非晶与密堆结构晶体转变的一个判据.对偶分布函数的研究表明,大尺寸团簇的内部和表层原子结构都表现出晶格收缩效应,且不同于相应块体晶格,这表明了目前文献中关于团簇的块体加表面模型与壳核模型都有待改进.     

分子动力学模拟聚乙烯在碳纳米管表面的扩散

通过采用分子动力学方法模拟不同链长的聚乙烯分子在单壁碳纳米管表面的扩散,探究了聚乙烯的动力学性质。研究表明随着链长的增加聚乙烯在碳纳米管表面的扩散系数减小,且二者间存在明显的标度关系。聚乙烯在碳纳米管表面扩散的扩散系数和聚乙烯吸附在碳纳米管表面的构象有关,有序结构的聚乙烯比无序结构的聚乙烯在碳纳米管表面扩散的快。此外,由于受到碳纳米管吸附作用的影响,聚乙烯分子在平行于管轴和垂直于管轴2个方向上的扩散系数不同,扩散表现各向异性。     

低温流动改进剂在柴油蜡晶生长阶段对蜡晶形貌的控制作用

采用实验和分子动力学模拟相结合的方法,考察了多种乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)和聚甲基丙烯酸酯(PMA)类低温流动改进剂(CFI),对蜡晶晶体形貌的影响。结果表明,蜡晶的各个晶面在附着了CFI后,其吸引烃分子的能力均有不同程度的增强,各晶面的相对生长速度也将随之改变。蜡晶(001)面相对生长速度增加的越显著,越有利于蜡晶晶体形貌由片状转变为近似四棱柱状甚至双锥状,从而使蜡晶粒径减小,并减弱晶粒间的相互作用,提高蜡晶分散度,更显著的改善柴油低温流动性能。     

低温流动改进剂在柴油蜡晶形成阶段的晶形控制作用

采用实验和分子动力学模拟结合的方法,考察了多种乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)和聚甲基丙烯酸参酯(PMA)类低温流动改进剂(CFI),在蜡晶形成阶段,对蜡晶晶形的影响。结果表明,在蜡晶形成阶段,CFI通过改变柴油烃分子的排列方式和相互作用能,控制蜡晶形态,避免粒径较大且容易聚集的片状蜡晶生成。CFI分子保持伸展的构象,并对烃分子有较强的吸附能力,更利于其控制晶形作用的实现。CFI分子中的极性基团和非极性短支链可起到分散烃和分子保持聚合物分子的伸展构象的作用。CFI聚合物分子中含有较多连续的亚甲基结构有利于增强其吸附烃分子的能力。     

以分子动力学模拟探究苹果酸脱氢酶的嗜极机制

为了研究嗜热酶、嗜冷酶在极端温度下维持稳定性和活性的机制,本文通过分子动力学模拟的方法,从原子尺度上分析了嗜热苹果酸脱氢酶及其同源嗜冷酶的分子动力学特性。数据显示嗜热酶所形成的盐桥和氢键明显多于嗜冷酶。通过比较均方根偏差、回旋半径、氨基酸残基的柔性等值,发现嗜热酶的结构较非嗜热酶更具刚性。盐桥、氢键数目的不同和整体结构的刚柔性,很可能会是嗜热、嗜冷酶在极端温度下能维持结构稳定的主要原因。     

黄腐酸结构、构象和聚集过程的分子模拟研究

自然界中广泛存在着的腐植物质(HS)有多种化学反应能力,诸如矿物质的风化、养分的生物有效利用和污染物的迁移等相关的生物地球化学反应能力。腐植物质的反应性取决于其官能团的化学特性与微观结构,同时又受到周围环境及介质组分的影响。为了更好地了解腐植物质在水、土壤中的结构、构象以及聚集过程,文中描述了以伯明翰东北部庙宇(TNB)的样本,按离子或非离子的黄腐酸分子结构建模研究的过程。该理论研究结果和黄腐酸的溶解度(偶极矩)、电子和振动光谱等一些实验研究的结果能很好的吻合。其中水分子的存在对静电有很大的稳定作用,并且随着离子化程度的增加,这种作用变得更强。在真空中,由于氢键和非键力相互作用增加,未离子化的聚集体比单体更稳定。因此,随着黄腐酸分子的离子化,聚集作用将不再发生。在溶液中,黄腐酸的浓度是聚集的关键因素。若当量浓度太低,含有两个黄腐酸的系统就不可能发生聚集,但是随着当量浓度的提高,系统中聚集体的数量也将上升,情况就发生改变。离子态是聚集的另一个关键因素。离子态的黄腐酸分子有着更高的负电荷,而这会增强能量势垒,阻碍由布朗运动引起的黄腐酸分子的相互接近。