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开放系统化学势与压强对应关系的研究

刘遥  
【摘要】: 本文主要讨论开放系统中化学势与压强的对应关系,以及化学势对模拟计算碳纳米管储氢的影响。首先介绍了理论上研究开放系统的三种主要方法:1.基于各种势函数的巨正则蒙特卡罗(GCMC—Grand Canonical Monte Carlo)方法。2.基于各种势函数的经典分子动力学(MD—Molecular Dynamics)方法。3.基于量子理论的密度泛函理论(DFT—Density Function Theory)。通过对三种方法的对比,本文采用研究开放系统的主要方法—巨正则蒙特卡罗方法。 其次,简单介绍了巨正则蒙特卡罗方法的起源及历史,并具体说明巨正则蒙特卡罗方法的基本原理和方法步骤。对计算化学势的Widom测试粒子方法进行了改进。采用改进后的Widom测试粒子方法和周期边界流体系统的压力算法,研究开放系统的化学势随压强的变化,给出了具体的函数关系,并证明了其正确性。在此基础上,通过巨正则蒙特卡罗模拟,仔细地分析了化学势对模拟计算单壁碳纳米管储氢的影响。计算结果表明,化学势的偏差对模拟计算单壁碳纳米管储氢有着非常显著的影响。由于涉及碳纳米管储氢,本文简单介绍了近年来关于氢能源的利用,碳纳米管结构和其吸附特性及碳纳米管储氢研究的理论结果和实验结果。 最后,在研究化学势对模拟计算碳纳米管储氢的影响的基础上给出一些结论,并指出未来工作的努力方向。


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