锥形纳米孔内的电压整流及流体流动

文章以生物纳米通道及纳米孔中的离子传输及化学反应为背景,以离子流整流、电渗流整流、离子积累耗散模型为理论基础,使用有限元数值计算方法研究压力及电场交互作用下的锥形纳米孔孔内离子浓度分布及速度场分布现象.分析了不同电压下压力和电场的交互作用对锥形纳米孔中速度场、流场及浓度分布的影响.结果表明纳米孔孔内氢离子运动方向主要受电场方向影响.由于静电吸附效应,沿着孔壁流动的电渗流中的氢离子浓度会高于体溶液中的氢离子浓度.当电压较小时,流场方向主要受压力流的影响,当电压较大时,流场流动方向由电渗流带动的流体流动和压力驱动的流体流动共同决定.      

异性纳米通道中NaCl水溶液电渗输运特性

采用分子动力学方法模拟了电场驱动下纳米通道中NaCl水溶液的电渗输运特性,壁面为无电荷和带有负电荷两种情况,统计了速度、密度、黏度和热传导系数的分布规律.在壁面电荷作用下,Na+被壁面吸附,Cl-聚集在通道中央;Na+与水分子朝电场负方向、Cl-朝电场正方向运动;Na+、Cl-呈电渗流动,水分子则较为复杂,呈电渗流和被...     

通量可控的双壁碳纳米管水分子泵

以双壁碳纳米管作为基本单元设计了一种新型纳米机械水泵, 其内管固定作为水分子通道, 外管做活塞式轴向运动. 分子动力学计算表明, 水分子净通量及管内水分子电偶极矩分布均与外管运动速率有强烈耦合效应. 该设计可以实现水分子的高效单向运输, 且输运效率可以通过外管活塞运动的速率进行调控. 这些发现可为未来实用纳米分子泵器件的设计提供新的思路.     

一氟二氯乙烷分子在外电场中的光谱特征和解离特性

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G(d, p)水平上研究不同外加电场下(-0.05～0.05 a.u.)一氟二氯乙烷分子的光谱特征和解离特性,其中包括该分子基态结构、总能量、偶极矩、最高占据轨道能级、最低空轨道能级、能隙、红外光谱、拉曼光谱、紫外可见光吸收光谱及C原子与Cl原子间势能曲线等数据在电场下的变化趋势。在y轴方向上,随着负向电场的增强,C原子与Cl原子核间距增长、最高占据轨道能级减小,体系总能量、最低未占据轨道能级、能隙先增大后减小,偶极矩先减小后增加。外加电场会影响一氟二氯乙烷分子红外光谱、拉曼光谱与紫外可见光吸收光谱的吸收强度和吸收峰频率,红外光谱、拉曼光谱与紫外可见光吸收光谱随着电场变化出现红移或蓝移现象。C原子与Cl原子间势垒随着负向电场增加逐渐减小,并在电场达到-0.05 a.u.时C原子与其中一个Cl原子发生断裂,当分子中一个C—Cl键断裂后,施加强度为-0.04 a.u.的电场时另外一个C—Cl键发生断裂,分子在电场下发生逐步解离,研究结果完善了一氟二氯乙烷分子受外电场影响的理论数据。     

单壁碳纳米管受限空间内水的分布

碳纳米管管腔作为分子物质的纳米通道,其储存或输送水的能力具有重要研究价值.为了研究碳纳米管管腔受限空间对水分子团簇结构和分布的影响,本文采用分子动力学方法探究了管径、手性和温度对单壁碳纳米管管腔内水的结构和分布的影响.结果表明:在常温下,管径尺寸范围为1.018—1.253 nm的单壁碳纳米管管内易形成有序的多元环水结构,此范围以外碳纳米管管内难以形成水的有序结构;且随着管径尺寸增大,多元环水呈现由三元环至六元环的结构变化;范德瓦耳斯势分布分析表明,在上述管径范围内,水分子趋向于贴近碳纳米管管壁分布而形成水的有序结构.对比管径尺寸差别较小的碳纳米管,其手性对多元环水结构影响不大.多元环水结构的稳定性表现出温度依赖性,管径较大的碳纳米管内的多元环水的有序结构更易随温度升高而消失.     

形变碳纳米管中水的输运行为研究

水分子通过碳纳米管的运输行为对认识生命的新陈代谢活动、海水淡化和纳米运输器件有着重要的参考作用. 本文通过分子动力学的方法研究了水分子通过形变碳纳米管的运输行为, 即椭圆柱状碳纳米管的离心率e对管内水分子输运的影响. 结果发现椭圆柱状碳纳米管的离心率对管内水分子的偶极矩概率分布、径向函数分布和流量有重要的影响作用. 分析认为碳纳米管的形变使管内水分子的偶极矩态及其运输状态发生变化; 同时也发现在一定范围内通过改变碳纳米管的形状能起到分子开关的作用.     

形变碳纳米管中水的输运行为研究

水分子通过碳纳米管的运输行为对认识生命的新陈代谢活动、海水淡化和纳米运输器件有着重要的参考作用.本文通过分子动力学的方法研究了水分子通过形变碳纳米管的运输行为,即椭圆柱状碳纳米管的离心率e对管内水分子输运的影响.结果发现椭圆柱状碳纳米管的离心率对管内水分子的偶极矩概率分布、径向函数分布和流量有重要的影响作用.分析认为碳纳米管的形变使管内水分子的偶极矩态及其运输状态发生变化;同时也发现在一定范围内通过改变碳纳米管的形状能起到分子开关的作用.     

纳米通道内界面温度阶跃与能量输运特性研究

纳米尺度固–液相传热过程中界面处存在温度阶跃现象。本文采用分子动力学方法分析宽度为3.44～14.69 nm通道内固–液界面温度阶跃变化规律与水能量输运特性。模拟结果表明,随纳米通道宽度的增加,固–液界面处的温度阶跃与界面热阻降低。此外,纳米通道内水液膜的能量输运具有尺度效应,随着纳米通道宽度增加,液相水分子间作用势能降低,水分子均方位移与扩散系数增加,水液膜的导热系数升高。     

电场作用下CaS的分子结构和电子光谱

以6-311++G(d,p)为基组,采用密度泛函的B3LYP方法优化得到不同外电场(-0·03—0·045a.u.)下CaS分子的基态结构参数、电偶极矩μ、电荷分布、HOMO能级、LUMO能级、能隙、红外光谱和谐振频率等.结果表明,随着正向电场的增加,分子结构与外电场有着强烈的依赖关系,且对电场方向的依赖呈现出不对称性,基态键长和分子偶极矩μ先减小后增大,在F=0·02a.u.时,键长Re取最小值0·2289nm,电偶极矩取最小值1·5969D,HOMO能级和LUMO能级处于先增大后减小,能隙始终是减小的,占据轨道的电子容易激发到空轨道.外电场对CaS分子的激发能和振子强度有较大的影响,这为进一步研究它的电致发光机理提供了一定的理论基础.     

基于密度泛函理论的外电场下双酚A型环氧树脂分子的结构及特性

采用密度泛函m062x的方法在6-31g(d)基组上对双酚A型环氧树脂分子进行优化得到了它的稳定结构,并且研究了不同外电场(0-0.013 a.u., 1 a.u.=5.142×10~(11) V/m)作用下双酚A型环氧树脂分子的分子结构、电偶极矩和分子总能量,偶极矩、极化率、前线轨道的能级和成分,原子之间的键能和红外光谱的变化.研究表明:随着外加电场的增大,双酚A型环氧树脂分子从倒V型结构逐渐变成线性结构,总能量降低,偶极矩和极化率都升高,且双酚A型环氧树脂分子的稳定性随着外加电场的增大而降低;最高占据轨道能级随着外加电场的增大而增大,沿逆电场方向分子链端表现出亲核反应活性,最低空轨道能级随着外加电场的增大而减小,沿电场方向分子链端表现出亲电反应;位于分子两端环氧基团上的C-C,C-O容易发生断裂,进而破环了双酚A型环氧树脂分子的稳定性;分子红外光谱在高频区的吸收峰出现了明显的红移现象.     

不凝性气体对纳米通道内水分子流动传热影响的分子动力学模拟

随着电子元件高性能化和小型化的发展,纳米通道内工质的流动传热问题受到了更多的关注.本文采用分子动力学模拟方法,模拟了300,325,350 K的纳米通道中流体的流动传热情况,工质为水,水中不凝性气体用氩气代替.结果表明:流动过程中,氩原子形成高势能团簇,随着温度升高,流体势能上升,团簇逐渐减小或消失;少量气体原子能够促进流动,而较多氩气会导致通道中心区域形成较大气体团簇而阻碍流动,同时,被加热的工质能显著减小流动阻力系数;近壁面区域流体温度高于中心区域,团簇内部原子活动更加剧烈,平均分子动能更大,温度更高;水的氢键结构可以促进纳米通道内的传热,氩原子会影响氢键数量,高温会破坏水分子形成的氢键网络,使努塞尔数下降.本研究分析了不凝性气体影响下微通道内水分子流动传热的机理,为电子设备的强化传热提供了理论指导.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律.计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同.随着外电场(-0.02 a.u.-0.03 a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向电场的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义.体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反.另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移.     

黑磷纳米通道内压力驱动流体流动特性

运用分子动力学方法探索了水-黑磷流-固界面各向异性、水流驱动力、黑磷通道宽度和黑磷层数等对黑磷通道内Poiseuille水流流动特性的影响规律.研究结果表明:随着驱动力的增加,边界滑移速度随之增加各向异性也会对压力驱动作用下纳米通道内的水分子的流动特性产生影响,具体表现为边界滑移速度会随着手性角度的增加而减小,而水分子黏度系数却不受各向异性的影响.发现黑磷表面天然的褶皱结构所产生的粗糙势能表面,是导致流固界面各向异性特性的本质原因.在加速度值保持不变的情况下,研究纳米通道宽度和黑磷层数对水分子流动特性的影响,发现随着纳米通道宽度的增加,水分子滑移速度随之减小;双层模型中水分子的速度分布与单层模型差异微小,而随着层数的增加,黑磷-水流固交互界面能随之增加,各向异性规律依然保持不变.研究结果将为水-黑磷流体器件设计与制备提供理论基础.     

基于密度泛函理论的外电场下双酚A型环氧树脂分子的结构及特性

采用密度泛函m062x的方法在6-31g(d)基组上对双酚A型环氧树脂分子进行优化得到了它的稳定结构,并且研究了不同外电场(0-0.013 a.u.,1 a.u.=5.142×10~(11)V/m)作用下双酚A型环氧树脂分子的分子结构、电偶极矩和分子总能量,偶极矩、极化率、前线轨道的能级和成分,原子之间的键能和红外光谱的变化.研究表明:随着外加电场的增大,双酚A型环氧树脂分子从倒V型结构逐渐变成线性结构,总能量降低,偶极矩和极化率都升高,且双酚A型环氧树脂分子的稳定性随着外加电场的增大而降低;最高占据轨道能级随着外加电场的增大而增大,沿逆电场方向分子链端表现出亲核反应活性,最低空轨道能级随着外加电场的增大而减小,沿电场方向分子链端表现出亲电反应;位于分子两端环氧基团上的CC,C-O容易发生断裂,进而破环了双酚A型环氧树脂分子的稳定性;分子红外光谱在高频区的吸收峰出现了明显的红移现象.     

倾斜式生长ZnS纳米柱状薄膜及其透射性能的研究

采用倾斜式生长的方法,在本底真空为3×10-4 Pa,生长率为0.2 nm·s-1的条件下,通过改变衬底的法线方向与入射粒子流的夹角α,在ITO导电玻璃衬底上制备了ZnS纳米薄膜。在α=80°和85°时,样品的Ｘ射线衍射谱证实了不同倾斜角时所制备薄膜中均有纳米ZnS晶体形成,扫描电子显微镜(SEM)图像显示,所形成的薄膜均呈现出了柱状结构,并且倾斜角为85°时所得到的纳米柱直径大于80°时所得结果;在α=0°时,相应测量结果表明,虽然在不同衬底上也形成了纳米ZnS晶体薄膜,但并未见柱状结构,而是形成了一层均匀且致密的薄膜。对两种薄膜结构的生长动力学过程作了分析。ITO衬底上薄膜的透射光谱表明ZnS柱状薄膜能够提高可见光的透过率,因此对柱状ZnS纳米薄膜的研究将有利于提高电致发光器件的发光效率。     

外电场下PbO作硫化剂交联聚乙烯分子结构及特性

本文研究外加电场对离子交联聚乙烯的微观结构和能量特性的影响,使用分子模拟法建立PbO作硫化剂的交联聚乙烯分子模型,通过半经验法对模型进行几何优化同时施加沿X轴方向的外电场,计算离子交联聚乙烯的分子总能量、偶极矩、极化率、分子轨道能量、能隙、红外光谱、电荷分布并进行分析.得出结论:随着外加电场的上升,交联聚乙烯分子结构会发生变化,当外加电场过大时本文所建交联聚乙烯分子离子盐桥的S-Pb-S键将会发生断裂形成自由基.外加电场会使分子内部的电荷从交联聚乙烯碳链端部向离子盐桥转移,盐桥处Pb原子电荷量不断积累,到达临界点时将会断裂形成电荷量较大的Pb自由基,在外加电场的作用下进一步影响交联聚乙烯分子的稳定性导致其性能下降,研究结果对交联聚乙烯的电树枝老化生成提供参考.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律。计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同。随着外电场(-0.02a.u.—0.03a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义。体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反。另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移。     

双尺度疏油结构纳米通道滑移效应的研究

针对双尺度结构表面疏油特性的优异性,采用分子动力学的方法建立油液流体正十六烷烃分子模型,研究双尺度结构壁面润湿性影响下的纳米通道内流体的流动特性,通过对通道壁面亲疏油性下的双尺度结构的构建,与光滑壁面和单尺度壁面进行比较来探究双尺度纳米通道表面结构影响下油液流体在纳米通道内密度分布、速度分布、速度滑移和滑移长度的影响.模拟结果表明:对于亲油通道壁面,双尺度结构壁面亲油性明显加强,主流区域流体密度、流体速度和速度滑移都减小,甚至出现负滑移;而对于疏油通道壁面,双尺度分层结构能加强壁面的疏油性,通道内壁面形成稳定的气层使流体主流区域的密度增大,并且通道内流体的速度、速度滑移和滑移长度明显大于光滑和单尺度结构壁面.因此,纳米通道内双尺度结构能改变通道壁面的润湿性,并且能够加强流体在纳米疏油通道内的滑移减阻效应,为纳米通道内油液运输以及润滑薄膜减阻提供了设计基础.     

外场下二甲基硅酮双自由基的从头计算研究

本文首先采用密度泛函(DFT)方法在6-311+g(2d,p)基组水平上计算研究了二甲基硅酮双自由基的红外振动光谱和核磁共振化学位移,而后在同样的基组水平上采用含时密度泛函(TDDFT)方法研究了外电场对二甲基硅酮双自由基的激发态、偶极矩和分子能量的影响,结果表明,不同方向的外加电场对他们的影响情况各不相同,沿X、Y方向的电场对激发态的激发能、振子强度影响在外加电场为0.005～0.010 a.u.是转折点,沿Z方向的电场在电场强度为0.015 a.u.是转折点.沿Y方向的外电场对分子的偶极矩、分子能量影响最大,沿X方向的外电场次之,沿Z方向的外电场对偶极矩和分子能量影响最小.     

基于密度泛函理论的外电场下盐交联聚乙烯分子的结构及其特性

交联聚乙烯是主要的高压电缆绝缘材料.为了研究外电场对盐交联分子结构的影响,本文对Zn原子使用def2-TZVP基组, C, H, O原子使用6-31G(d)基组,运用明尼苏达密度泛函(M06-2X)对交联聚乙烯分子进行优化得到了它的稳定结构.并研究了不同外电场(0—0.020 a.u., 1 a.u.=5.142×10~(11)V/m)作用下盐交联聚乙烯分子结构和能量变化,外电场对前线轨道的能级和成分的影响,原子之间的键级、断键和红光光谱的变化.研究结果表明:随着电场的增大,交联聚乙烯分子从空间网状结构逐渐变成线性结构,总能量降低,但势能增大,偶极矩和极化率升高,交联聚乙烯分子的稳定性随着电场的增大而降低;最高占据轨道能级持续增大,最低空轨道能级从0.011 a.u.电场开始持续降低,能隙持续降低,临界击穿场强为11.16 GV/m;沿电场方向聚乙烯链端表现出亲核反应活性,它的C—C键更容易断裂,形成甲基碳负离子,逆电场方向聚乙烯链端表现出亲电反应活性,它的C—H键更容易断裂形成H正离子;分子红外光谱高频区吸收峰明显红移,低频区吸收峰既有红移又有蓝移.