流场中碳纳米管的定向行为

本文使用分子动力学模拟方法,研究了单根碳纳米管在线性剪切流场中的定向行为,选用Lennard-Jones势能函数描述的氩作为流体介质。发现碳纳米管偏向沿与流动方向呈一个微小夹角的方向取向,可以由此定义三种随时间变化的定向行为,分别定义为"完全定向"(碳纳米管在一个取向附近微小摆动)、"间断定向"(碳纳米管在完全定向中的摆动会不时被360°转动打断)以及"无法定向"(碳纳米管的运动以360°转动为主).研究发现,碳纳米管的定向行为取决于流体剪切率、密度、温度和碳纳米管管长、管径等因素。     

纳米孔模板浸润法制备聚乙烯纳米线阵列的热导率的实验研究

采用纳米孔模板润湿技术制备了直径为200 nm的低密度聚乙烯(LDPE)纳米线阵列, 并利用纳秒激光闪光法测量了20—80℃时LDPE纳米线阵列的热导率. 测量得到室温时LDPE纳米线阵列的热导率为2.2 W/mK, 大约比其体材料的热导率高1个数量级, 并且纳米线阵列的热导率随温度的升高略有增加. 忽略纳米线之间的声子散射, 估算得到室温下单根LDPE纳米线的热导率高于5 W/mK. 本文制备LDPE纳米线热导率的提高源自其分子链定向度增加导致的低维导热效应的增强, 纳米线的分子链定向度受工艺过程中流体剪切、振动、分子链迁移运动、 纳米孔约束等几种因素的综合影响.     

LJ流体非牛顿现象的分子动力学模拟

使用非平衡分子动力学模拟方法研究了单原子LJ流体的非牛顿流变行为,并在系统中分别施加稳态Couette流场和振荡剪切流场.在Couette流场的模拟中,流体出现剪切变稀和法向应力差效应,不同剪切率下的径向分布函数反映了流体分子由于剪切所导致的微观结构变化,通过分析势能函数发现当剪切率增大时,分子间排斥作用增强,吸引作用减弱.在振荡剪切流场的模拟中,发现剪切应力和剪切率之间的相位差随频率增加而增加,随频率增加复数粘度的实部先增大再减小,虚部单调增加,导致虚部粘度相对实部粘度比例增大,弹性模量和粘性模量之比也随频率增加而增加.这三点现象表明LJ流体出现粘弹性行为,且在高频率下,弹性所占比重增大.     

直流电场下水中石墨烯定向行为研究

纳米颗粒在液体环境中的定向控制与系统物理性能的调控及新型纳米器件的制备等应用领域密切相关.本文使用分子动力学模拟方法,研究了水中单片不带电矩形石墨烯在直流电场下的定向行为.结果发现石墨烯平面趋向平行于电场方向且随着电场强度增大定向性增强,其主要原因在于极性水分子在电场下的响应以及水合作用;减小石墨烯长宽比,石墨烯法向矢量和长边矢量的定向性减弱,定量结果表明法向和长边定向度分别与绕长边和法向的转动扩散系数存在负相关关系.