液膜振荡器

系统地总结了以表面活性剂为关键物种的液膜振荡器的组成、实验装置、机理、应用以及发展过程,并对进—步研究工作的方向提出了自己的见解。其中包括溶剂的改进,表面活性剂的选择,实验重复性与数学模型的改进,以及对混沌现象的进—步研究。     

表面活性剂界面自组装的分子动力学模拟

主要介绍了表面活性剂在液／液、气／液和固／液界面的自组装,详细讨论了分子动力学模拟在表面活性剂界面自组装体系的应用,指出了近年来该领域的发展现状及应用前景。     

气液界面上阴离子表面活性剂单层膜的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在气液界面上的结构和动力学性质. 选择单分子占有面积分别为0.45和0.68 nm²的两个模拟体系, 通过径向分布函数表征了单层膜的厚度, 并根据疏水链中碳原子与极性头中硫原子之间组成的矢量分布和取向函数, 对比了不同界面单层膜的有序排列情况. 结果表明在分子占有面积较小达到饱和吸附的情况下, 界面上的SDS具有较好的有序性. 通过计算气液界面附近水分子的扩散系数发现: 由于氢键和静电作用的影响, 界面区域内的水分子较本体溶液中的水分子有较弱的迁移能力.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附.设置不同的水层厚度,观察同液界面和气液界面吸附的差异.模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面,受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层,并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构;在水层足够厚的情况下,由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构;计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关,解离能垒远大于结合能垒,引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中;无论气液还是固液界面,极性头均伸向水相,与水分子形成不同类型的氢键.模拟表明,分子动力学方法可以作为实验的一种补充,为实验提供必要的微观结构信息.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

微乳胶粒的形成与表面活性剂的作用——粗粒化力场分子动力学模拟研究

从微观机理上研究表面活性剂对微乳胶粒形成的影响有利于推动微乳状液在各个领域的应用研究．本文采用分子动力学模拟方法研究了微乳胶粒的形成过程及表面活性剂对微乳胶粒形成的影响．正十二烷（C12H26）和十二烷基硫酸钠（SDS）作为油分子和表面活性剂分子的模型,Martini粗粒化（coarse．grained,CG）力场描述分子间和分子内的相互作用,对含有不同浓度的正十二烷和表面活性剂的12个模型分别进行了100ns的分子动力学模拟．模拟结果显示,不含表面活性剂的体系迅速发生水油相分离,且分离过程伴随着势能的明显下降;含有表面活性剂的体系中,在相同时间内通过模拟得到了稳定的、表面活性剂分子包裹油分子的胶粒．对不同温度下模拟得到的数据分析发现,胶粒形成初期的动力学特征可以近似地表达为二级反应,聚集活化能为14．6kJ／mol．     

非离子表面活性剂在气液界面的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了十二烷基醇聚氧乙烯醚系列非离子表面活性剂单分子层在气液界面的微观结构,并通过表面张力的计算考察了表面活性剂分子结构与性能的关系.研究结果表明,随着表面活性剂分子乙氧基基团个数的增加,模拟所得的表面张力的变化趋势与实验一致,所有分子的计算误差在5 mN·m-1以内.同时,随着乙氧基基团数目的增加,...     

新型液膜振荡器

表面活性剂不仅对均相的非线性化学反应动力学研究有重要作用”－‘］,而且表面活性剂穿越油水界面扩散时形成的自发液膜振荡过程亦可作为一个简单模型,用以说明多相反应与扩散偶合所产生的复杂周期现象,特别是说明生物系统生理现象中的振荡与混饨．这些早在贺占博的博士论文l’］就已提出,但至今此方面的研究仍进展甚微,而其意义却非常重大,迫切需要进一步研究．关于液膜振荡的本质,目前有两种说法．一种是界面流体力学的Marangoni效应,另一种为化学本质的胶束一单分子膜一反胶束的表面活性剂聚集状态的周期变化l’‘．我们的实验…     

盐水振荡与液膜振荡耦合

为进一步增大盐水振荡产生的电势差,并使盐水振荡可逆，该文将液膜振荡与盐水振荡耦合，组成一个耦合的振荡器.实验结果发现:(1)由于两振荡器耦合形成共振，所以此耦合振荡器的振幅明显增大; (2)耦合后的化学振荡器变为可逆振荡器.耦合振荡机理如下:扩散过程中形成的缔合物存于油相，难溶于水，通电后缔合物发生解离，因此造成反扩散，形成可逆振荡，且可逆程度及逆反应产生的电势差（即振幅）大大提高，扩展了盐水振荡在二次电池开发方面的应用.     

分子动力学模拟多巴在自组装膜上的黏附性

为了更好地理解贻贝在表面的黏附机理,实现水下胶黏,采用分子动力学方法研究了多巴在自组装膜上的黏附性:采用伞形取样和加权柱状图分析方法计算了多巴在不同自组装膜表面的黏附自由能,使用拉伸分子动力学模拟研究了多巴在不同自组装膜表面上黏附后的脱附力.结果表明,多巴在带负电的羧基自组装膜上的黏附能比在带正电的氨基自组装膜上的大,多巴更容易黏附到带负电表面;多巴在带电表面的黏附能比未带电表面的黏附能更强,表明在带电表面黏附更稳定.进一步分析了多巴在不同表面的取向分布,发现多巴与不同表面相互作用的方式不同:与疏水表面主要通过苯环相互作用;与亲水表面主要通过羟基相互作用;与负电表面主要通过氨基相互作用;与正电表面主要通过羧基相互作用.通过模拟比较了多巴在不同自组装膜上的脱附力,发现多巴在带电表面的脱附力比在未带电表面的大,与黏附能的趋势一致.对比4种非带电表面的脱附力,发现多巴在疏水性甲基自组装膜表面的脱附力最大,黏附更稳定,随着表面疏水性的增加,脱附力增大,黏附稳定性增强.本工作可为研发新型水下胶黏剂提供理论指导.     

分子模拟方法考察泡沫生成能力

采用分子模拟的方法研究表面活性剂的泡沫生成能力, 以界面形成能作为考察泡沫体系中液膜界面积的量化依据, 研究了泡沫液膜厚度、表面活性剂分子界面密度以及表面活性剂类型对泡沫液膜界面形成能计算的影响. 通过与实验结果相对应, 建立了界面形成能和泡沫生成能力之间的联系.     

雪卡毒素毒性机理的分子对接及分子动力学研究

采用分子对接和分子动力学方法,研究了雪卡毒素与其毒性作用靶点之一钠通道的结合模式,并与钠通道阻滞剂奎尼丁比较.研究结果表明,雪卡毒素、奎尼丁与钠通道作用方式有所不同.分子动力学模拟表明,对接受体-配体复合物体系在2.5 ns的模拟过程中稳定.奎尼丁在钠通道中央与GLU1784,THR1858各形成1个稳定氢键,吡啶环与...     

Screening and Demulsification Mechanism of Fluorinated Demulsifier Based on Molecular Dynamics Simulation

In order to solve the problem of demulsification difficulties in Liaohe Oilfield, 24 kinds of demulsifiers were screened by using the interface generation energy (IFE) module in the molecular dynamics simulation software Materials Studio to determine the ability of demulsifier molecules to reduce the total energy of the oil–water interface after entering the oil–water interface. Neural network analysis (NNA) and genetic function approximation (GFA) were used as technical means to predict the demulsification effect of the Liaohe crude oil demulsifier. The simulation results show that the SDJ9927 demulsifier with ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) values of 21 (EO) and 44 (PO) reduced the total energy and interfacial tension of the oil–water interface to the greatest extent, and the interfacial formation energy reached −640.48 Kcal/mol. NNA predicted that the water removal amount of the SDJ9927 demulsifier was 7.21 mL, with an overall error of less than 1.83. GFA predicted that the water removal amount of the SDJ9927 demulsifier was 7.41mL, with an overall error of less than 0.9. The predicted results are consistent with the experimental screening results. SDJ9927 had the highest water removal rate and the best demulsification effect. NNA and GFA had high correlation coefficients, and their R²s were 0.802 and 0.861, respectively. The higher R² was, the more accurate the prediction accuracy was. Finally, the demulsification mechanism of the interfacial film breaking due to the collision of fluorinated polyether demulsifiers was studied. It was found that the carbon–fluorine chain had high surface activity and high stability, which could protect the carbon–carbon bond in the demulsifier molecules to ensure that there was no re-emulsion due to the stirring external force.     

Exploring the Interfacial Reaction of Nano Al/CuO Energetic Films through Thermal Analysis and Ab Initio Molecular Dynamics Simulation

The effect of the interface layer on energy release in nanoenergetic composite films is important and challenging for the utilization of energy. Nano Al/CuO composite films with different modulation periods were prepared by magnetron sputtering and tested by differential scanning calorimetry. With the increase in the modulation period of the nano Al/CuO energetic composite films, the interface layer contained in the energetic composite film decreased meaningfully, increasing the total heat release meaningfully. Ab initio molecular dynamics (AIMD) simulation were carried out to study the preparation process changes and related properties of the nano Al/CuO energetic composite films under different configurations at 400 K. The results showed that the diffusion of oxygen atoms first occurred at the upper and lower interfaces of CuO and Al, forming AlO_x and Cu_xAl_yO_z. The two-modulation-period structure changed more obviously than the one-modulation-period structure, and the reaction was faster. The propagation rate and reaction duration of the front end of the diffusion reaction fronts at the upper and lower interfaces were different. The Helmholtz free energy loss of the nano Al/CuO composite films with a two-modulation-period configuration was large, and the number of interfacial layers had a great influence on the Helmholtz free energy, which was consistent with the results of the thermal analysis. Current molecular dynamics studies may provide new insights into the nature and characteristics of fast thermite reactions in atomic detail.     

两性聚电解质溶液的分子热力学模型和分子动力学模拟

从带电硬球混合物出发采用化学缔合理论建立了聚电解质和两性聚电解质溶液的分子热力学模型.用考虑溶剂的粘滞力和热浴随机力作用的分子动力学(MD)方法模拟了聚电解质和两性聚电解质溶液的渗透系数.对模型预测结果和MD模拟结果进行了比较,表明基于化学缔合理论的分子热力学模型可以用于聚电解质溶液和两性聚电解质溶液热力学性质的预测,对于均聚电解质溶液效果令人满意,对由直径不同的离子构成的聚电解质溶液,模型的预测效果变差,有待进一步改进.该模型对两性聚电解质溶液渗透系数的预测效果比对聚电解质溶液的预测效果更好.     

诺氟沙星-DNA复合物的分子动力学模拟

采用分子模建的方法构建了诺氟沙星-DNA复合物的初始结构, 通过2 ns的分子动力学(MD)模拟研究表明: 诺氟沙星能够和双螺旋d[ATATCGATAT]₂形成稳定的复合物, 药物分子可紧密结合在DNA的小沟区域, 并且能够与DNA的鸟嘌呤碱基形成两个稳定的氢键. 在分子水平上提供了诺氟沙星直接与双螺旋DNA相互作用的结构及复合物的动态变化情况.     

双层铜金属薄膜纳米压痕机械性能的分子动力学模拟

多层金属薄膜的机械性质在纳米组件的设计上是非常重要的.目前,纳米尺度材料的机械性质测量的最主要方法为纳米压痕检测技术.本文应用分子动力学理论对双层铜金属薄膜界面的结构形态与特性进行分析探讨.选用FCC结构单晶铜的(100)面,(110)面和双层铜金属薄膜作为探讨界面性质的材料,进而探讨了单晶铜及双层铜金属薄膜的纳米压痕变形性质.     

水化镁基蒙脱石的分子动力学模拟

利用分子动力学(MD)模拟了300 K时镁基蒙脱石(粘土)层间水和镁离子的结构和动力学性质.模拟结果显示水在粘土层间分为二层,只有一小部分水被粘土表面吸附,与粘土结构中的羟基形成氢键,不同分布位置的水处于动态平衡.层间水分子氢键配位数比普通水少24%左右,水在粘土中自扩散系数D＝5.355×10^-10 m²·s^-1,约为主体相水的1/4.镁离子在粘土层间形成一层,其与水分子配位数约为6.进一步讨论了温度对粘土层中水的结构和动力学性质的影响.随着温度升高,水层的局部密度ρ(z)降低,水在XY方向的扩散系数不断增大.当温度达到600 K后,层间水分子间的氢键断裂,与超临界状态下水的结构相似,层间水的扩散系数达最大值,温度进一步升至700 K时,其值基本无变化.     

系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了系列离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中的表面活性和胶束化能力. 模拟结果表明,压力张量法得到的表面张力模拟值偏小,需乘以修正系数矫正;分子动力学模拟得到的临界胶束浓度变化规律与实验相符,可以定性比较不同结构的离子液体型Gemini咪唑分子间的胶束化能力;温度的升高会加剧分子的热运动,不利于离子液体型Gemini咪唑表面活性剂在水溶液中形成胶束;此外,研究还发现联接基不同的离子液体型Gemini咪唑表面活性剂可能遵循不同的胶束化机理.S≤6时,单个分子自组装成胶球后发生聚合形成大胶团.随着咪唑上长烷烃链碳数的增加,[C_n-4-C_nim]胶束化能力提高;而随着联接链长度增加,[C₁₀-S-C₁₀im]胶束化能力降低;当S ＞6时,分子联接基弯曲并伸入其它分子烷烃链内部以减小头基分离力,从而形成稳定的胶束或胶团.随着联接基团亚甲基数的增加,头基斥力减小,附加疏水相互作用增强,[C₁₀-S-C₁₀im]胶束化能力提高.     

多氨基多醚基亚甲基膦酸的合成及其阻垢机理的MD模拟

以端氨基聚醚、亚磷酸、甲醛、浓盐酸等为原料合成了新型水处理剂多氨基多醚基亚甲基膦酸(PAPEMP), 并通过红外、核磁等手段对产品进行了表征. 采用分子动力学(MD)模拟退火方法, 研究了周期性边界条件下PAPEMP与方解石晶体的相互作用, 探讨了该相互作用的本质, 并初步阐释了PAPEMP的阻垢机理. 结果发现, PAPEMP分子(n＝1～8)与方解石 晶面的结合能强弱排序依次为(按聚合度) 5＞6＞4＞3＞8＞2＞7＞1. 对体系各种相互作用以及对关联函数g(r)的分析表明, 超分子体系的结合能主要由库仑作用(包括离子键)提供, 并含少量氢键成分; van der Waals作用为正值, 不利于结合体系的形成. 能量分析表明, 与方解石晶面结合的PAPEMP (n＝1～8)分子均发生了明显的扭曲变形.