十二烷基苯磺酸钠在癸烷-水界面吸附的MD模拟

本文采用分子动力学方法研究了具有十二烷基苯磺酸钠(SDBS)吸附的癸烷-水界面的微观特性,从浓度分布和分子构象出发,分析界面分子排布对癸烷-水界面微观结构和性质的影响。模拟结果表明癸烷水界面厚度约为0.378nm,界面处水分子偶极矩方向和癸烷分子倾向于与界面平行;SDBS在界面的吸附使得界面厚度增大,油水相互作用减弱,扰乱了水和癸烷分子在界面的定向排列;同时,发现癸烷水界面存在空隙,结合亲水基强烈的静电作用,使得界面处水分子扩散加剧,界面变形能力增强。     

Absolute Orientation of Molecules with Competing Hydrophilic Head Groups at the Air/Water Interface Probed with Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy

和频振动光谱(SFG-VS)研究中由基团在界面上取向所引起的光谱增强或相消的干涉现象为研究分子在界面上的绝对取向提供了一种直接的测量方法. 这一方法比SFG实验中复杂的相位测量方法更为直接和简单可行. 以在空气/水界面取向已知的对羟基苯腈(PCP)分子的氰基(-CN)基团为相位参考来获得3,5-二甲基对羟基苯腈(35DMHBN)和2,6-二甲基对羟基苯腈(26DMHBN)分子在空气/水界面的取向信息. 通过对这三种分子的水溶液和它们两两混合溶液界面上-CN基团和频振动光谱强度的比较,发现在空气/水界面的3     

KDP晶体固-液界面吸附行为的分子模拟研究

通过构建晶体表面-KDP分子界面吸附结构模型, 采用分子动力学和密度泛函计算方法研究KDP分子在(001)和(010)面吸附的物理化学过程, 考察了温度对物理吸附行为的影响. 研究表明: KDP晶体表面的吸附过程和生长习性主要由化学吸附主导, 化学吸附能的计算表明[K-O₈]基元在(001)界面的结合能是(010)界面结合能的2.86倍; 在饱和温度附近, [H₂PO₄]^-阴离子在KDP界面的物理结合能随温度的变化呈现振荡特征, 溶液中有较多的离子团簇形成, 溶液变得很不稳定; 当温度从323 K降低至308 K时, 水分子在界面的结合能总体呈下降趋势, 而KDP分子在界面的吸附能总体呈上升趋势, 脱水过程是水分子和[H₂PO₄]^-阴离子在固液界面边界层竞争吸附的结果. 研究结果对确足晶体生长界面动力学过程发展和完善晶体生长理论有重要意义. 关键词： 分子动力学 双层结构模型 结合能     

界面有序单分子层膜结构的红外和拉曼光谱表征

本文综述了近十几年来红外和拉曼光谱方法用于表征空气／水界面单分子层（Ｌａｎｇｍｉｕｒ膜）、油／水界面和空气／固界面单分子层（ＬＢ膜）分子结构的最新进展。     

表面张力对高雷诺数Rayleigh-Taylor不稳定性后期增长的影响

采用多相流的相场格子Boltzmann方法数值研究了微通道内高雷诺数单模Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性的后期演化规律,重点分析表面张力对相界面动力学行为以及气泡与尖钉增长的影响.数值实验表明,随着界面张力的增大,可以有效降低演化过程中相界面结构的复杂程度,并抑制不稳定性后期相界面破裂形成离散液滴.另外,增大表面张力可以先促进后抑制气泡振幅的增长,而当表面张力较小时,尖钉振幅增长曲线之间并无明显差别,当表面张力增大到一定值后,它对尖钉振幅的抑制效果可明显地被观察到.进一步,根据不稳定性速度增长曲线,将高雷诺数单模RT不稳定性的演化划分为线性增长、饱和速度增长、重加速、混沌混合四个发展阶段.数值计算获取气泡与尖钉的饱和速度符合包含界面张力效应的势流理论模型.另外还统计了不同表面张力和Atwood数下表征RT不稳定性后期演化的气泡与尖钉增长率,结果显示气泡与尖钉后期增长率随着表面张力的增大总体上呈现出先促进后抑制的规律.最后,从数值计算和理论分析两方面研究了不同Atwood数下RT不稳定性发生的临界表面张力,发现两者结果符合得很好,并且临界表面张力随着流体Atwood数的增大而增大.     

丁二酸-水纳米气溶胶液滴表面张力的分子动力学研究

表面张力在纳米气溶胶颗粒的吸湿生长研究中具有重要意义,然而现有实验方法不能对其准确测量.本文基于分子动力学方法模拟了丁二酸气溶胶颗粒吸湿生长形成稳定液滴的动力学过程,在此基础上,建立模型计算了液滴的表面张力,进而探究了温度、粒径和丁二酸浓度对纳米液滴表面张力的影响机制.结果表明,随着温度从260 K升高到320 K,液滴内分子间作用力的减弱导致了液滴表面张力的减小,且表面张力的减小程度随丁二酸浓度的增大而增大,究其主要原因在于液滴中丁二酸分子的径向分布随温度和丁二酸浓度变化的差异;随着粒径的增大,液滴表面张力先增大后趋于定值,且粒径对表面张力的显著影响区间随着丁二酸浓度的增大而缩短;研究还发现,丁二酸分子的表面活性导致液滴表面张力随着丁二酸浓度的增大而减小,且减小趋势符合对数函数形式,尤其是在粒径小于6.12 nm时,同时,基于Szyszkowski公式对液滴的表面张力进行了拟合.本文研究成果能为气溶胶颗粒的吸湿生长和相关动力学过程预测理论及模型的改进提供参数依据.     

高速摄影在流体动力学不稳定性研究中的应用

用高速摄影技术研究了高压气体膨胀驱动空气-水界面的瑞利-泰勒不稳定性,获得了空气-水界面的不稳定性清晰图像,得到气炮尖顶运动速度及湍流混合层高度增长速度与时间关系曲线。在横式激波管上用高速纹影诊断技术研究了激波作用空气-SF6界面的里克特迈耶-梅什科夫不稳定性,初步获得了实验图像,可清晰显示混合区变化过程。     

金属泡沫中填充石蜡的相变换热特性实验研究

本文对金属铜泡沫填充石蜡的相变换热特征进行了实验研究,通过测试试件加热面及内部的温度响应曲线,分析了金属泡沫填充及自然对流对石蜡非稳态相变换热过程的影响。研究结果表明,采用顶部加热方式时,石蜡内部的换热以纯导热为主,而采用底部加热时,液态石蜡内的自然对流作用使相界面移动速度更快,试件内部温度一致性更好,同时在相变对流区可实现对加热面的温度控制。金属泡沫的填充可强化石蜡内的导热但抑制液态石蜡的自然对流,前者使得试件加热面温升减缓,相界面移动加快,后者则导致底部加热时石蜡的相变区分为相变导热区和相变对流区。金属泡沫的导热强化能力在试件换热中占据主导作用。     

R600a／矿物冷冻油混合物表面张力

本文利用新改进的表面张力实验系统对R600a／矿物冷冻油混合物的表面张力进行了实验研究,其中R600a的质量分数分别为O．95、0．90和0．85,温度范围为253．15-333．15K。实验结果表明,随着含油量的增加,R600a／矿物冷冻油的表面张力逐渐减小,矿物油的存在对纯质制冷剂的表面张力有比较明显的影响。     

各向异性表面张力对定向凝固中共晶生长形态稳定性的影响

研究各向异性表面张力对定向凝固中共晶生长形态稳定性的影响.应用多重变量展开法导出了共晶界面表达式和扰动振幅的变化率满足的色散关系.结果表明,共晶生长系统有两种整体不稳定性机理:由非震荡导致的"交换稳定性"机理和由震荡导致的"整体波动不稳定性"机理.震荡有四种典型模式,即:反对称-反对称(AA-),对称-反对称(SA-)、反对称-对称(AS-)和对称-对称(SS-)模式.稳定性分析表明:共晶界面形态稳定性取决于Peclet数ε的某一个临界值ε_*,当ε大于临界值ε_*时,共晶界面形态不稳定;当ε小于临界值ε_*时,共晶界面形态稳定.随着各向异性表面张力增大,对应于AA-,SA-和SS-模式的临界值ε_(aa*),ε_(sa*)和ε_(ss*)随之减小,表明各向异性表面张力减小这三种模式的稳定性区域;然而,随着各向异性表面张力增大,对应于AS-模式的临界值ε_(as*)随之增大,表明各向异性表面张力增大AS-模式的稳定性区域.     

和频光谱研究萃取剂TOPO分子在空气/水界面处的取向行为

采用和频光谱研究了萃取剂TOPO分子在空气/水界面处的取向行为。研究发现,在不同膜压条件下,TOPO分子在水表面排布的有序化程度不同。膜压越大,TOPO分子在水表面的堆积密度越大,其分子碳链的取向越倾向于垂直空气/水界面。研究萃取剂分子在界面的取向行为,可以为理解界面处萃取剂分子与目标待萃取离子的相互作用机理提供思路。     

气液界面超分子手性分布的原位二次谐波研究

界面超分子手性因其在材料、催化、生物等领域的应用前景得到了人们的广泛关注。卟啉(porphyrin)衍生物因具有强的π-π堆垛能力、生物兼容性和出色的电子性能,常用于构建界面超分子结构。卟啉衍生物的表面超分子手性研究多数在固体基底上进行。利用二次谐波线二色谱方法分析卟啉衍生物在空气/水界面形成的超分子结构,通过界面层不同位置处产生的S偏振二次谐波强度随入射基频光偏振态的变化研究界面超分子结构的手性分布。实验表明,卟啉衍生物TPPS吸附在两亲分子CTAB在空气/水界面上形成的单层后会形成超分子结构,该结构具有手性,且手性的二维分布是非均匀的。     

微圆管内环状流凝结换热特性的数值模拟

本文提出了微圆管内环状流凝结换热的分析模型,考虑了重力、汽液界面剪切力、表面张力以及界面凝结热阻的作用。文中主要研究凝结换热过程中重力、入口蒸汽Re数及外壁面温度的影响。模拟的结果表明,重力对微圆管流动凝结换热的影响非常小,可被忽略;凝结液的排除主要依赖于汽液界面的剪切应力作用,使Nu随蒸汽进口Re数的增加而明显增大;冷却外壁面的温度对凝结换热也具有一定的影响, Nu将随外壁面温度的降低而增大。     

弹丸高速斜侵彻入水流场显示的初步研究

为认识弹丸高速斜侵彻入水的气/水界面变形破碎、入水空泡和水中冲击波传播,利用可变发射角立式二级轻气炮发射高速弹丸,结合高速激光阴影和纹影流场显示,给出了高速弹丸斜侵彻入水流场的演化图像。结果表明:当弹丸速度在350 m/s附近时,弹丸尾部气流会越过弹丸头部产生冲击波,因为时间短且水惯性大,冲击波在气/水界面反射但不会影响弹丸姿态和气/水界面。弹丸斜侵彻在水中产生冲击波系,气/水界面发生形变和破碎("碎片云"),水中产生冲击波系和空化气泡区,难以识别气泡和"碎片云"的边界,不同头部构型弹丸会影响气泡和"碎片云"体积大小以及水下弹道稳定性。弹丸速度为1.8 km/s时,碎片云体积大于水下空泡体积,但流场结构和350 m/s情形相似。采用立式二级轻气炮和流场显示系统,为研究高速弹丸斜侵彻入水现象提供了新的途径。     

定向结晶条件下聚乙二醇6000的强动力学效应

在单向温度场条件下, 采用不同抽拉速度实现了聚乙二醇6000的定向生长、界面形貌的实时观测及界面温度的测量, 进而揭示了其生长机制. 实验结果表明, 随着抽拉速度的增大, 界面的温度逐渐减小, 过冷度逐渐增大. 运用高聚物结晶的次级形核理论模型, 对实验数据进行了计算, 得到在界面过冷度为13.5 K左右时, 生长机制发生了由区域Ⅱ向区域Ⅲ的转变. 实验数据与等温结晶数据的比较发现等温结晶方法中获得过冷度相对较大, 是因为其包含了热过冷. 聚乙二醇6000定向结晶过程中需要的最大动力学过冷度为20 K, 说明由于高聚物的二维形核, 其生长主要由界面动力学控制, 具有较强的动力学效应.     

制备均一性靶丸过程中的影响因素

在激光聚变实验中,高球形度、高厚度均一性的靶丸经常通过乳液微封装方法来制备。利用T.Norimatsu的模型研究在靶丸制备过程中,界面间表面张力、油相粘度、壳层尺寸、壳层厚度的影响。结果显示:较大的表面张力,较小的壳层尺寸,会使胶囊具有更好的均一性。当外部变形形式不同的时候,油相的粘度对于壳层均一性会有不同作用。     

环丁醇温致相变的原位拉曼光谱研究

采用拉曼光谱和红外光谱解析了常温条件下环丁醇的各个振动模式及其与分子构象间的关联,结果表明液态环丁醇以赤道–反式构象为主,并含有少量的赤道间扭式构象。在此基础上结合差示扫描量热技术和变温拉曼光谱,原位研究了环丁醇的温致相变过程和分子构象随温度的变化。结果表明,冷却至140 K的过程中,环丁醇并未结晶固化,而是保持亚稳定的无序液体状态,即出现过冷现象,继续降温至138 K出现玻璃化转变。升温过程中,在170 K时出现放热峰,同时有新的拉曼峰出现,并且拉曼峰的半高宽和强度发生明显的突变,表明环丁醇由无序结构转变为有序的结晶相。因此,我们获得了环丁醇的温致相变序列： 液态→过冷液体→玻璃态→结晶态→液态。通过对环丁醇不同分子构象的拉曼特征峰的定量分析,证实环丁醇在降温过程中,反式构象和间扭式构象的比例未发生明显改变,即没有发生构象变化。然而升温时,伴随170 K时结晶态的转变,反式构象特征峰的相对强度减小,表明部分分子由赤道–反式构象转变为赤道–间扭式构象。该研究结果对进一步理解和研究其他有机小分子的温致相变和构象变化具有指导意义。     

TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟

采用平衡分子动力学方法及Buckingham势研究了金红石型TiO₂薄膜与闪锌矿型ZnO薄膜构筑的纳米薄膜界面沿晶面[0001](z轴方向)的热导率.通过优化分子模拟初始条件中的截断半径r_c和时间步后,计算并分析了平衡温度、薄膜厚度、薄膜截面大小对热导率的影响.研究表明,薄膜热导率受薄膜温度和厚度的影响很大,当温度由300 K升高600 K时,薄膜的热导率逐渐减小;当薄膜厚度由1.8 nm增大到5 nm时,热导率会逐渐增大;并在此基础 关键词： 热导率 分子动力学 2/ZnO纳米薄膜界面')" href="#">TiO₂/ZnO纳米薄膜界面 数值模拟     

不同小分子醇类对聚合物蓄冷剂影响的分子动力学模拟

聚合物蓄冷剂是一种新型蓄冷材料，目前对于其性质尤其是微观机理研究较少。本文在等温-等压系综下采用分子动力学模拟方法研究了不同小分子醇类(乙二醇、甘油、丙二醇)对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)两种聚合物水溶液蓄冷剂在不同温度下的动力学特性，并从氢键分布与体系平衡态、径向分布函数、扩散系数等角度进行了分析。结果表明：温度对于蓄冷剂影响较大，温度越低，分子动能越小，分子运动越平缓，氢键结合力越大，体系黏度增大，扩散系数减小，有序性增强，进而完成由液相到固相的转变；在PEG-甘油–水体系中模拟相变温度为253.15 K附近，与实验值255.6 K吻合良好，当温度从293.15 K降至243.15 K时，PEG-乙二醇/甘油/丙二醇–水三种体系扩散系数分别降低了67.7%、69.1%、73.8%。研究结果对于筛选和制备高性能的复合蓄冷材料具有一定的参考价值和指导意义。     

Vibrational Spectra and Adsorption of Trisiloxane Superspreading Surfactant at Air/Water Interface Studied with Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy

使用界面和频振动光谱(SFG-VS)测量了空气/水界面三甲基硅烷表面活性剂Silwet L-77的C-H伸缩振动光谱．这些光谱峰主要是在2905 cm-1附近属于-Si-CH3基团的对称伸缩(SS)振动,在2957 cm-1的主要是-Si-CH3基团反对称伸缩(AS)振动,以及明显较弱的在2880 cm-1附近的属于-O-CH2-基团的对称伸缩(SS)振动．通过比较低于和高于临界聚集或胶束浓度(CAC)的SFG-VS偏振光谱显示Silwet L-77分子的C-H基团取向在不同的界面密度下变化很小．SFG-VS测量的吸附等温线表明Silwet L-77分子在空气/水界面没有形成所谓的双层结构的迹象．Silwet L-77分子在空气/水界面的Gibbs吸附自由能为-42.2±0.8 kJ/mol,表明该分子具有很强的表面吸附能力．