Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

采用分子动力学方法,模拟了在两块石英基板上由脂肪酸(C₁₅H₃₁COOH)组成的单层Langmuir-Blodgett (LB)膜间的摩擦特性,探究了超薄膜在滑动过程中的摩擦和结构机理.得出对于单层LB膜在滑动过程中,在速度小于60m/s时,随着速度的增大,其剪切压增大;在速度大于60 m/s时,剪切压随速度的增加而减小.其链的倾斜角随着滑动速度的增加而减小.单层膜内的分子之间以氢键方式形成了较大的分子簇,由此导致了剪切压呈现较长的周期性,但在单层膜之间无氢键形 关键词： 分子动力学模拟 朗缪尔布洛杰特膜 纳米摩擦 氢键     

有机分子超薄膜的结构对摩擦的影响

采用分子动力学方法, 模拟了由脂肪酸C_nH_2n+1COOH}和C₁₇H₃₁COOH (n=12,13,14,15,16,17)组成的混合单层Langmuir-Blodgett(LB)膜间的摩擦特性, 探究了膜结构的变化对超薄膜的摩擦的影响. 结果显示. 在滑动过程中, 随着n的增加, 膜内分子的运动受到邻近分子的约束逐渐增加, 膜结构的稳定性也逐渐增加, 其剪切压逐渐减小, n=17时的剪切压最小. 在两单层膜之间无氢键形成; 而混合膜内的分子之间形成的氢键是单层膜结构稳定的主要因素, 其中n=16时形成的氢键最稳定, 但全部由相同C₁₇H₃₁COOH分子组成的单层膜的滑动效果最好. 分子的弯曲形变能对剪切压影响非常小.     

C2H2在金刚石（001）-（2×1）重构面上吸附的分子动力学模拟

利用Brenner半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法，研究了乙块（C₂H₂）分子在金刚石（001）-（2×1）重构表面上的碰撞动力学过程与化学吸附构型的关系.观察到C₂H₂在金刚石表面的6种吸附结构.约95％的吸附呈C₂H₂与表面形成两个σ单键的形式.讨论了轰击能量、入射位置及金刚石表面原子的空间位形对各种吸附构型形成的影响.还给出了化学吸附过程的分子快照，并讨论了C₂H₂分子与表面的能量交换关系. 关键词：     

萘酞菁LB膜取向液晶研究

利用二(3-叔丁基硅氧基)萘酞菁硅 (SiNc) Langmuir-Blodgett (LB) 膜对丝状液晶的定向进行了研究,发现在不同膜压下沉积的SiNc LB膜具有不同的定向效果.在15mN/m低膜压下沉积的LB膜上丝状液晶主要呈沿膜面水平排列,而30mN/m高膜压下沉积的LB膜则取垂直膜面取向.原子力显微镜(AFM)对相应的LB单层膜和多层膜进行的分子尺度上的形貌研究发现,高膜压条件下SiNc分子以分离的单体或聚集体形式非连续地在基片上呈线性堆积排列,形成一定的分子“纳米线”,并且大环平面垂直于基片 关键词：     

取代基对双酞菁铥LB膜及光谱特性的影响

采用紫外-可见吸收光谱的方法研究了三种稀土夹心双酞菁铥化合物在溶液和LB膜中的聚集性和光谱特性。实验结果表明三种稀土双酞菁化合物在氯仿溶液中形成了H-聚集体,但当浓度比较低时,溶液中表现出单体的吸收。取代基OC₈H₁₇的加入使氯仿溶液中双酞菁铥化合物的聚集性减弱,而且使得吸收峰发生红移,对吸收峰的强度也有较大的影响,造成了Soret吸收带的分裂。另外,取代基OC₈H₁₇对LB膜中双酞菁分子的存在状态有较大的影响,在LB膜中,TmPc₂和TmPcPc*分子以H-聚集体的形式存在,而TmPc*₂分子以T-聚集体的形式存在。形成LB膜后,由于双酞菁分子之间排列紧密,相互作用加强,使得薄膜中分子聚集体的吸收峰相对于溶液中聚集体的吸收峰发生了一定的红移,薄膜中分子排列方向的不同对吸收光谱也有一定的影响。     

Raman光谱方法研究三氯甲烷与苯分子间的C/H…π相互作用

测量了不同浓度三氯甲烷（CHCl₃）与苯（C₆H₆）二元溶液的Raman光谱,随C₆H₆浓度的增加,受分子间C/H…π相互作用的影响,CHCl₃中C—H键伸缩振动频率向低波数移动;当CHCl₃体积分数小于40%,C—H键伸缩振动频率不变,分子间C/H…π相互作用达到饱和.分别以CHCl₃和C₆H₆体积分数为70%的CHCl₃-C₆H₆混合溶液为研究对象,测量了它们的高压和低温Raman光谱.根据CHCl₃中C—H键伸缩振动频率随压强和温度的变化关系,得出了分子间C/H…π相互作用对压强和温度的扰动表现出不稳定性.     

温度对偶氮苯LB膜吸收光谱和二次谐波产生的影响

 采用紫外 可见吸收谱和二次谐波产生技术研究了温度对4硝基4′氨基偶氮苯（NAA）分子Langmuir-Blodgett（LB）单层和多层膜的光谱和二阶非线性光学特性的影响。单层LB膜的二次谐波强度在室温至80 ℃的温度范围内随温度的增加基本成单调下降关系，温度高于80 ℃后基本没有二次谐波信号。多层LB膜的二次谐波强度随温度的变化分为几个不同的温度阶段。吸收谱表明单层LB膜分子的有序排列受热后不易恢复，超过80 ℃后则不能恢复;多层LB膜的则较容易恢复，温度达到80 ℃后仍能恢复，超过100 ℃后则不能恢复。由于NAA的多层LB膜存在层间分子的相互作用，其结构的稳定性比单层膜要强。     

两个非离子表面活性剂复配体系的NMR研究

通过核磁共振（NMR）技术对NP-10/Tween40和NP-10/C₁₀E₆两个复配体系在不同比例下混合胶束的排列方式、相互作用点及其不同分子间与相同分子间的作用变化进行了研究和比较.二维NOESY实验结果证明了：（1）这两种复配体系的相互作用是随混合比例的不同而变化的;（2）两个复配体系的不同分子间相互作用点有相同之处,但NP-10/Tween40分子间相互作用大于NP-10/C₁₀E₆.横向弛豫时间（T₂）表明,当NP-10/Tween40和NP-10/C₁₀E₆体系的混合比分别为1：2和1：4后,其不同分子间的相互作用开始减小,相同分子间作用开始起主导作用,暗示了复配体系中的理想混合配比和协同效应的变化.横向弛豫时间与纵向弛豫时间之比（T_R=T₂/T₁）反映了与NP-10/C₁₀E₆相比,NP-10/Tween40混合胶束分子链的运动受限更加严重.空间距离计算结果也佐证了NP-10/Tween40和NP-10/C₁₀E₆复配体系的较为理想的配比分别为1：2和1：4;NP-10/Tween40不同分子间距离小于NP-10/C₁₀E₆.     

高温下HBT晶体热分解过程的理论模拟

基于自洽电荷密度泛函紧束缚(SCC-DFTB)方法研究了富氮含能材料5, 5’-双四唑肼(C₂H₄N₁₀, HBT)晶体在高温下的热分解反应过程.结果表明,结构优化参数与实验误差在5%以内.在2000 K, 2500 K,和3000 K不同温度下,HBT晶体热分解路径和产物表现出相似性.通过过渡态理论和分子动力学两种方法,研究了分解反应C₂H₄N₁₀→C₂H₃N₇+HN₃,发现HBT晶体分解产物中存在叠氮酸(HN₃)分子,化学反应势垒高度为222.85 kJ·mol^-1.研究结果为进一步理解高温下HBT晶体热分解特征提供理论参考.     

用ATR方法研究LB单分子膜层的等温热脱附过程

对由有机长链花生酸分子所组成的Langmuir-Blodgett单分子膜层(LB膜)的多层结构,利用衰减全反射方法进行了等温热脱附研究,提出了一个物理模型以描述LB膜的脱附过程,得到了LB膜中花生酸分子的不同吸附端的层间脱附能,疏水端为19kcal/mol;亲水端为27kcal/mol.     

Substrate-induced freezing of alkane monolayers adsorbed on Au(1 1 1) dependant on the alkane/gold misfit

The molecular structure of the interfaces between pure C_nH_2n+2 (n=10, 12, 14, 16) and Au(1 1 1) surface has been studied by scanning tunneling microscopy. At 291 K, self-organized monolayers with a lamella structure are formed with these alkanes. The ordered monolayers are melting at temperature higher by 46, 28, 15, 5 K than the melting point of bulk C_nH_2n+2 crystals with n=10, 12, 14, 16, respectively. Two kinds of melting process were observed: (i) a direct solid/liquid phase transition within the monolayer for C₁₀H₂₂, C₁₂H₂₆ and C₁₄H₃₀ molecules, (ii) an intermediate phase for C₁₆H₃₄ molecules. This mesophase corresponds to a two-dimensional liquid crystal formed by molecules moving along their axis and along Au1 1 0. These results agree well with calculations using a geometric model taking in account the misfit between the CH₂–CH₂–CH₂ period along alkyl chain and the gold lattice along 1 1 0 direction.     

Large-scale synthesis of polyynes with commercial laser marking technology

The space-confined synthesis method has been an efficient way for the preparation of linear carbon chains. However, the large-scale preparation of linear carbon chains still faces many challenges due to the lack of methods for the large-scale synthesis of precursors, such as short carbon chains (polyynes), and regulation technology for the transport of reactants in one-dimensional space. Here, we report a facile method for the rapid preparation of polyynes in large quantities using a commercial laser marking machine. Spectroscopic characterizations show that a large number of polyynes, such as C₈H₂, C₁₀H₂, C₁₂H₂, and C₁₄H₂, can be produced by ablating the graphite plate immersed in the organic liquid using a laser marking machine. The results of in situ Raman spectroscopy investigation of C_2nH₂-filled single-walled carbon nanotubes further confirm that a variety of polyyne molecules are synthesized. Meanwhile, in situ Raman spectroscopy also shows that the local heating treatment can accelerate the filling process of C_2nH₂ into one-dimensional channels. This work provides new insights into the study of linear carbon chains and space-confined synthesis methods.     

Search for perfectly ordered dense monolayers

We present some basic criteria to obtain well-ordered Langmuir monolayers and of high surface densities. The fluorinated molecules such as C₁₀F₂₁CH₂COOH and C₁₁F₂₃COOH appear as good candidates to fulfill these requirements. Independent, grazing incidence X-ray diffraction and surface pressure isotherm measurements give an advantage to the first molecule. This may have some important practical applications in the surface modification of solid substrates (e.g. silicon wafers) by thin organic layers. Assuming that a water film is present on the solid substrate prior to deposition, the above comments on Langmuir monolayers strongly suggest that fluorinated silanes should form optimum grafted monolayers.     

Superhard nanocomposite nc-TiC/a-C:H film fabricated by filtered cathodic vacuum arc technique

Superhard nanocomposite nc-TiC/a-C:H films, with an excellent combination of high elastic recovery, low friction coefficient and good H/E ratio, were prepared by filtered cathodic vacuum arc technique using the C₂H₂ gas as the precursor. The effect of C₂H₂ flow rate on the microstructure, phase composition, mechanical and tribological properties of nanocomposite nc-TiC/a-C:H films have been investigated by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy disperse spectroscopy (EDS), microindentation and tribotester measurements. It was observed that the C₂H₂ flow rate significantly affected the Ti content and hardness of films. Furthermore, by selecting the proper value for C₂H₂ flow rate, 20 sccm, one can deposit the nanocomposite film nc-TiC/a-C:H with excellent properties such as superhardness (66.4 GPa), high elastic recovery (83.3%) and high H/E ratio (0.13).     

有机分子的结构与排列方式对原子电荷分布及静电作用的影响

对由两个相同的长直链分子(CH3(CH2)5—R(R=COOH,CH3,OH)、CH3(CH2)4—COOH))呈镜面对称分布组成的四种模型,及由两个CH3(CH2)5COOH分子平行分布组成的模型进行了量化计算,研究了分子间距、功能团、链长及排列方式对原子电荷分布及分子静电相互作用的影响.结果表明:1)分子中不同位置的亚甲基团(—CH2—)的C原子电荷各不相同.2)原子电荷不仅受到分子链长及功能团的影响,同时,当分子间距及排列方式发生改变时,原子电荷也发生改变;双分子模型较单分子模型的原子电荷变化较大.3)分子间静电作用由尾基功能团的极性决定,由强到弱为—COOH—OH—CH3,分子中其他原子对静电作用的贡献较小;分子链长的增加导致尾基功能团中电荷减少,从而使得分子间静电作用减弱.     

高气压直流辉光CH4/H2等离子体的气相过程诊断

对高气压(约100 Torr) 直流辉光碳氢等离子体的气相过程进行了光谱和质谱原位诊断. 在高气压下, 等离子体不同区域光发射特性存在明显差异. 正柱区存在着以C₂和CH为主的多个带状谱和分立谱线, 阳极区粒子发射谱线明显减少, 而在阴极区则出现大量复杂的光谱成分, 表明高气压情形下等离子体与阴极间强烈的相互作用将导致复杂的原子分子过程. 从低气压到高气压演变过程中, 电子激发温度降低而气体分子转动温度升高. 在高气压下, 高甲烷浓度导致C₂, C₂H₂及C₂H₄增多而C₂H₆减少. 表明在高气压条件下, 气体温度对气相过程的影响作用显著增强. 关键词： 高气压直流等离子体 光发射谱 质谱     

取代环戊二烯钛络合物光解活泼自由基的研究

本文用自旋捕捉技术与ESR相结合的方法,研究取代环戊二烯钛络合物(RC₅H₄)₂TiCl₂(R=H,CH₃,C₂H₅,C₃H₇,C₅H₁₁,C₆H₁₁)光解的活泼自由基。结果表明,光解初级过程是Ti-(RC₅H₄)π键均裂,以生成(RC₅H₄)^·和(RC₅H₄) TiCl₂。(RC₅H₄)^·可为ND捕捉,并生成两种自由基加合物,其浓度比约为1:1。     

N2在页岩干酪根上的吸附特征

采用密度泛函理论的wB97XD方法、RDG函数方法和counterpoise correction理论,研究氮气在干酪根C₂₈H₁₄O和氮掺杂干酪根C₂₇H₁₄ON上的吸附特征。结果表明：N₂在干酪根上的活性吸附位点为苯环上方中心位置,吸附能在8~10 kJ·mol^-1之间,N₂和干酪根之间的相互作用主要是范德华相互作用和空间排斥作用。氮掺杂改变了干酪根的构型和电子云分布,导致含氮杂环不再是稳定的活性吸附位点,增强了排斥作用,使吸附能略有减小。研究结果对理解干酪根吸附小分子的特征有重要意义,能够为页岩气的开采提供理论支持。     

The oxidation of fullerene [C70] with various oxidants by ultrasonication

The reaction of C₇₀ by ultrasonication with various oxidants such as 3-chloroperoxy benzoic acid (Fluka 99%), 4-methyl morpholine N-oxide (Aldrich 97%), chromium (VI) oxide (Aldrich 99.9%), and oxone^® monopersulfate compound, at room temperature causes the oxidation of fullerene [C₇₀(O)_n] (n=1–2 or n=1). The FAB-MS, UV–visible, FT-IR spectra, and HPLC analysis confirmed that products of fullerene oxidation are [C₇₀(O)_n] (n=1–2 or n=1).     

PVP在水/丙酮混合溶剂中分子运动行为的研究

通过对粘度、自旋-自旋弛豫时间以及1H NMR谱的测定,研究了PVP在不同体积配比的水/丙酮溶液中的特性粘数变化和分子运动规律,并讨论了引起这些变化的原因.结果表明:随着丙酮的不断加入,PVP的特性粘数[η]先增加后减小,而T2H先减小后增大.[η]出现最大值也是T2H出现最小值的时候,丙酮的体积百分数为40%.丙酮的加入破坏了水分子间自身氢键相互作用形成的网状结构,解离出来的水分子被PVP优先吸附到大分子链上,部分与羰基形成氢键,另一部分以自由水的形式被包裹在大分子线团内.水分子的不断进入以及与水形成新的氢键使PVP链逐渐伸展,引起特性粘数的增大,分子运动受阻.当丙酮含量增加到一定程度时,水的含量不足以使大分子链继续膨胀,故链呈卷缩状态,使大分子运动逐渐恢复自由.1H NMR谱中各质子的化学位移变化也证实了此过程中的氢键变化规律.