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《南京工业大学》 2005年
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微孔/表面及复杂流体的分子动力学模拟研究

张翠娟  
【摘要】:近年来分子动力学模拟飞速发展,在化工、材料等相关工业上发挥着重要作用。它不仅可以模拟超临界、过冷等极端条件下流体的结构和动力学性质,也可以获得微孔或无定形材料表面受限流体的微观行为,这些数据用实验测量的方法难以直接得到。此外,分子动力学模拟也是研究水溶液氢键结构的有力工具。本文用分子动力学模拟方法就几个复杂体系进行研究。 1. 稠密二氧化碳在不同宽度的粘土狭峰孔中的结构性质和扩散行为的研究。稠密二氧化碳在多孔材料中的结构性质和动力学性质对材料合成和吸附分离起重要作用。我们的研究有助于理解粘土矿物中功能分子的引入和超临界二氧化碳去除粘土中杂质的过程机理。稠密二氧化碳在粘土固体表面形成明显的高密度层。受限二氧化碳的密度分布和结构随孔宽而变化,在宽孔中只有接触层位置的流体才表现出长程有序的结构。接近粘土表面的二氧化碳的氧原子的结构类似于固体。研究二氧化碳的扩散系数和取向相关时间,探讨二氧化碳分子在孔中的详细行为。 2. 稠密二氧化碳在无定形二氧化硅表面行为的分子动力学模拟。二氧化硅作为半导体材料在电子工业上得到广泛应用,稠密二氧化碳以其特殊的物理化学性质在微电子处理上有重要作用,因此二氧化碳在固体表面的结构和扩散性质的研究有重要意义。从模拟结果可以看出二氧化碳在二氧化硅表面形成一个高密度区域。二氧化碳的密度分布和自由能分布有一个明显的“镜面对称”的结构,高密度区域对应自由能的深阱。二氧化硅中的二氧化碳的自扩散行为是各向异性的。与宏观流体相比,二氧化硅表面二氧化碳的平动扩散受到阻碍,取向扩散则显著加强。在靠近二氧化硅表面位置处,二氧化碳分子的停留时间几乎为中间层的五倍。 3. 研究乙醇/水混合物的微观结构和扩散性质。醇水溶液的物理化学性质在传质的理论研究和工业应用方面有重要意义,从微观的角度来看醇水溶液的结构行为是阐述该混合物扩散现象的基础。用全浓度范围内的O-O 和O-H 径向分布函数来分析二元混合物的局部结构,发现混合物中乙醇-乙醇的氢键结构而随着水浓度的增加逐渐被打破。乙醇和水分子间的关联性较强,导致乙醇-水的结构
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:O641

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