缓蚀剂膜抑制腐蚀介质扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了4种腐蚀介质粒子(H₂O, H₃O⁺, HS^-和Cl^-)在6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂膜中的扩散行为. 计算了腐蚀介质粒子在不同缓蚀剂膜中的扩散系数、膜的自由体积分数、粒子与膜的相互作用能等, 并对缓蚀剂膜抑制腐蚀介质粒子扩散行为的微观机理进行了分析. 计算结果表明, 6种缓蚀剂膜均可有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散, 从而达到抑制或延缓腐蚀的目的; 随烷基链长的增加, 缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强; 同种缓蚀剂膜对正负离子H₃O⁺, HS^-和Cl^-比对中性的H₂O分子具有更强的扩散抑制能力.     

咪唑啉缓蚀剂膜抑制腐蚀介质扩散行为的MD研究

采用分子动力学模拟的方法,对5种1-(2-氨乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂[(NH2)C2H4-C3H4N2-CH2(CH2)nCH3,n=5,7,9,11,13]抑制CO2腐蚀的缓蚀机理进行了研究.计算了4种腐蚀介质粒子(H2O,H3O+,Cl-和HCO-3)在不同缓蚀剂膜中的扩散系数,并从自由体积分数、腐蚀介质粒子与缓蚀剂膜的相互作用、膜的自扩散性能等方面对缓蚀剂膜抑制腐蚀介质粒子扩散行为的微观机理进行了分析.扩散系数的计算结果表明:缓蚀剂膜能有效抑制腐蚀介质的迁移,削弱其腐蚀能力;与中性H2O分子对比,缓蚀剂膜对H3O+,Cl-和HCO-3带电离子的扩散具有更强的抑制效果;随烷基链长的增加,5种缓蚀剂膜对腐蚀粒子扩散的抑制能力呈增强趋势.综合分子动力学计算结果,5种缓蚀剂缓蚀性能随着烷基链长的增加逐渐增强,理论评价结论与实验结论相吻合.     

油纸复合介质中水分子扩散行为的分子动力学模拟

对不同温度下水分子在油纸复合介质中的扩散行为进行了分子动力学模拟研究. 通过分析水分子与纤维素形成的氢键发现, 油中的水分子在模拟过程中会逐渐扩散到纤维素内并与之形成氢键, 而纤维素内的水分子则与纤维素形成氢键后被束缚于纤维素中. 通过分析水分子的扩散系数发现, 由于油和纤维素的极性不同, 使得水分子在油和纤维素两种单介质中的扩散行为有较大差别, 而在复合介质中的扩散系数受水分子在油和纤维素中的比例影响较大, 两者表现出很强的相关性. 水分子和两介质的相互作用与两介质的极性也存在很大的关系, 且不同温度下水分子与两介质的相互作用能和水分子在油和纤维素中的比例也表现出了较强的相关性. 不同温度下水分子的不同分布弱化了温度对扩散系数的影响.     

咪唑啉缓蚀剂在Fe(001)表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了5种不同烷基链长的咪唑啉类缓蚀剂在Fe(001)表面的吸附行为和成膜机制,并对其缓蚀机理进行了深入分析.研究结果表明:咪唑啉分子的极性头基会吸附在金属表面上,而烷基碳链则背离金属表面,并通过自身的扭转形变实现稳定吸附;随着烷基链长的增加,缓蚀剂与金属基体的结合强度逐渐增加,所形成缓蚀剂膜的致密性也逐渐增大;致密的缓蚀剂膜能有效地阻碍腐蚀介质向金属表面扩散,从而达到延缓金属腐蚀的目的.5种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果与实验结果吻合.     

气体在无定型聚异戊二烯中扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了多个温度下氧气、氮气及甲烷在无定型顺式1,4-聚异戊二烯中的扩散系数。在模拟过程中,使用COMPASS力场作为分子力场。应用COMPASS力场的势能函数,聚合物的密度及玻璃化转变温度的计算结果与实验值有较好吻合。在278-378 K的温度范围内,通过3或1.5 ns时长的正则系综动力学模拟,计算了不同温度下氧气、氮气及甲烷的扩散系数。结果表明,根据爱因斯坦关系式计算得到的扩散系数与实验结果比较接近。对气体扩散系数与温度的关系进一步研究,发现在278-378 K温度范围内,甲烷的扩散系数随温度变化的半对数曲线图是非线性的,而氧气和氮气的扩散系数随温度变化的半对数曲线图是线性的。本文研究结果有助于理解温度对气体扩散的影响机制,并为高温下气体在天然橡胶中扩散系数的测定及天然橡胶热氧老化建模分析提供依据。     

超临界L-J流体混合物互扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学方法计算了超临界Lennard-Jones(L-J)流体混合物的扩散性质, 分析了超临界条件下二元L-J混合流体(Ar-Kr体系)中各组分的自扩散系数及Maxwell-Stefan互扩散系数随组分的变化情况. 结果表明, 与Darken公式能很好地应用于常规条件下的Ar-Kr体系不同, 超临界条件下的Maxwell-Stefan扩散系数明显大于Darken公式的预测值, 不同原子间的速度互相关函数不可忽略且为正相关.     

微孔中简单流体扩散行为的分子动力学模拟研究

用分子动力学模拟方法研究了受限在微孔中的简单流体氩的扩散行为,考察了微孔类型、孔径、温度和密度对微孔中流体扩散系数的影响.研究发现,微孔中流体的扩散系数均小于体相流体,并且随孔径的减小而减小,同时沿孔道或狭缝方向的扩散系数分量远大于沿孔径方向的分量,并且流体在通道型微孔中的扩散系数小于在狭缝型微孔中的扩散系数,温度和密度也是影响微孔中扩散的重要因素.     

氧气在碱溶液中结构与扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对不同温度(25-120 ℃)及碱浓度(1:100-1:5, 摩尔比)下NaOH和KOH溶液中的氧气进行了模拟. 本文考察了NaOH及KOH溶液中溶剂-溶剂、氧气-溶剂及氧气-溶质的径向分布函数, 并采用爱因斯坦方程从均方位移曲线中计算得到了氧气及溶质离子的扩散系数. 结果显示随着碱浓度的升高, 氧气扩散系数逐渐减少; 在相同条件下, 氧气在NaOH溶液中扩散系数小于在KOH溶液中的扩散系数; 溶质离子扩散系数的变化规律与氧气一致. 通过与现有实验结果对比, 发现了分子动力学方法的可靠性及用于研究实验受限领域的优越性.     

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.     

缓蚀剂对金属钆在水介质中腐蚀行为的影响

采用失重法、腐蚀电化学方法研究了NaOH、NH4OH、单宁酸和苯并三氮唑等缓蚀剂对金属钆在水介质中腐蚀行为的影响。在没有缓蚀剂的情况下,钆在水中发生明显的点蚀,腐蚀速度为0.152g.m-2.h-1。NaOH能有效地控制金属钆在水介质中的腐蚀,经8880h的长时间浸泡,钆表面依然呈现明显的金属光泽,没有失重与点蚀发生。当采用NaOH调节苯并三氮唑(BTA)溶液的pH值接近中性时,钆在其中长时间浸泡,同样没有失重发生,表观没有发现点蚀发生。选择合适的缓蚀剂,使得钆能够在水介质中不发生腐蚀,保证了磁制冷机的长时间正常运转。     

水和盐分子在反渗透膜内扩散过程的分子模拟

采用分子动力学模拟方法研究了水和盐分子(NaCl, MgCl2, CaSO4, K2SO4)在8种反渗透复合膜中的扩散状态及扩散系数. 并对膜材料的结构单体与水和盐分子在膜内扩散系数相关性进行了分析与讨论. 在所模拟的8种膜内, 随着膜种类的不同, 水分子在其中的扩散系数有明显的变化, 且扩散系数的变化规律与实验所得到的膜的水通量一一对应. NaCl分子中的Na+和Cl-在膜内的扩散速率不一致, 其扩散系数值在同种膜中相差较大, 且当盐分子单独存在时, 制约其在膜内扩散过程的离子只与膜种类有关, 与盐分子本身无关. 在同种膜中, 水分子的扩散过程不受体系中盐分子类型的影响.     

氧气在聚丙烯内吸附和扩散的分子模拟

采用巨正则Monte Carlo和分子动力学模拟相结合的方法研究了氧气在不同聚合度的聚丙烯内的吸附和扩散. 模拟结果表明, 随聚丙烯聚合度的增加, 聚丙烯对氧气的吸附量逐渐增加, 而氧气在聚丙烯内的扩散系数减小; 当聚合度增大到一定程度时, 吸附量和扩散系数都趋于一稳定值. 随温度的升高, 氧气在聚丙烯内的吸附量减少, 而扩散系数增大. 本文还应用自由体积理论探讨了氧气在聚合物内扩散的机理, 发现氧气在聚丙烯内以空穴形式存在的自由体积之间扩散, 即氧气先在一个空穴内不停振动, 然后通过聚丙烯链段运动形成的通道跳跃到下一个空穴来完成扩散. 结果表明, 较高聚合度的聚合物材料在常温及低温下使用对于其在食品包装材料中的应用是有利的, 这为食品包装材料行业相关产品的应用开发提供了一定的指导和依据.     

甲基多巴透过POPC磷脂双层膜过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究甲基多巴分子透过磷脂双层膜的动力学机制. 研究所采用的磷脂双层膜是一种卵磷脂脂质分子双层膜,即1-棕榈酰-2-油酰-卵磷脂（POPC）双层膜,分子动力学模拟基于Gromacs程序. 通过分子动力学模拟获得甲基多巴透过POPC双层膜的自由能垒是99.9 kJ·mol^-1（310 K）,显示甲基多巴分子可以透过细胞生物膜. 模拟获得甲基多巴在POPC双层膜中间层扩散运动的自由能垒是16.9-27.7 kJ·mol^-1（310 K）,证明甲基多巴分子在细胞膜中间层容易扩散. 研究工作加深了对甲基多巴治疗高血压病机制的理解,促进研发治疗高血压病的新药物.     

甲基多巴透过POPC磷脂双层膜过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究甲基多巴分子透过磷脂双层膜的动力学机制.研究所采用的磷脂双层膜是一种卵磷脂脂质分子双层膜,即1-棕榈酰-2-油酰-卵磷脂(POPC)双层膜,分子动力学模拟基于Gromacs程序.通过分子动力学模拟获得甲基多巴透过POPC双层膜的自由能垒是99.9 kJ·mol-1(310 K),显示甲基多巴分子可以透过细胞生物膜.模拟获得甲基多巴在POPC双层膜中间层扩散运动的自由能垒是16.9-27.7 kJ·mol-1(310 K),证明甲基多巴分子在细胞膜中间层容易扩散.研究工作加深了对甲基多巴治疗高血压病机制的理解,促进研发治疗高血压病的新药物.