液态金属结构变化的分子动力学模拟研究

随着计算机技术的飞速发展，已有可能将分子动力学方法应用于液态金属微观结构组态瞬时变化的定量模拟研究，使这一极为复杂的微观过程呈现出一幅十分清晰的物理图象，并已取得了许多重要的成果［1－4］．本文在作者原有工作的基础上［2－4］，对液态金属Al的结构变化进行了分子动力学计算机模拟研究，得到一幅非常清晰的关于金属熔融后继续升温过程中结构组态如何逐步变化的图景：随着温度的升高，其与高有序度相关的键型数目越来越少，而与无序度相关的键型数目却不断增加，即系统的总趋势是无序度增加．但却发现，即使在达到1773K（1．9…     

液态纯铁微观结构的温度变化特性

利用液态金属高温X射线衍射仪对纯铁熔体的微观结构进行了研究, 获得了结构因子、双体分布函数、原子间最近邻距离以及配位数. 结果表明, 随着温度的升高, 结构因子和双体分布函数第一峰的高度逐渐降低; 原子间最近邻距离则先降低然后基本保持不变; 纯铁熔体的配位数和原子团相关半径在1600～1650 ℃的温度范围内有一个突变, 表明熔体中发生了结构转变; 对相关半径的物理意义进行了探讨.     

铁磁性物质Co的液态结构分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法在１８７３－３００Ｋ的温度范围内对液态Ｃｏ的微正则系综进行了模拟研究,模拟采用ＥＡＭ相互作用势,对时间和空间的平均,得到了不同温度下Ｃｏ的双体分布函数及原子组态变化的重要信息,当冷却速度较慢时,液态金属Ｃｏ最终形成晶态,当冷却速度较快时,液态Ｃｏ最后形成了非晶态,双体分布函数随的变化规律说明液态金属随温度的降低,有序度不断增强,利用键对分析技术对模拟结果作了深入分析,液态金属中     

贵金属Au的液态结构分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法在1573－200K的温度范围内对液态Au的微正则系综进行了模拟研究。模拟采用或嵌原子相互作用势对时间和空间的平均，得到了不同温度下Au的润分布函数及原子组态变化的重要信息，并利用键对分析技术对模拟结果作了深入讨论．     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点,原子间相互作用势采用F-S多体势,结构分析采用键取向序和对分析技术.计算结果表明,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响,在不同的冷却速度下, NiAl凝固过程出现了明显不同,冷速为4×1013和4×1012 K/s时, NiAl快速凝固为无序的非晶体结构;而在较慢的8×1011 K/s冷速下, NiAl凝固为晶态结构.给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息.     

二元合金Ag_(50)Rh_(50)从液态到非晶的分子动力学计算

本文对贵重金属银铑合金Ag50Rh50的液态结构和激冷过程进行了分子动力学模拟研究原子间作用势采用紧束缚势模拟在施加了周期性边界条件的常压状态下进行。采用了偶关联函数、键对分析技术和键取向序参数以分子动力学模拟计算方法揭示了Ag50Rh50的液态结构存在原子偏聚特征以及在快速凝固过程形成原子偏聚的不均匀非晶并与同族过渡金属进行了非晶形成能力的比较。     

冷却速率对液态Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

用分子动力学方法和EAM模型势对液态金属Ni原子系统在不同冷却速率下凝固过程中微观结构的演变进行了模拟研究.结果表明, 冷却速率对微结构演变有决定性影响, 当冷速为1.0×10¹⁴和 4.0×10¹³ K•s^-1时, 系统将形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构. 当冷速为2.0×10¹³和 1.0×10¹² K•s^-1时, 系统将形成不同的晶态结构；前者形成以1421、1422二种键型为主的 fcc 与hcp结构共存的晶态结构；后者形成以1421键型为主的fcc 结构占绝对优势的晶态结构, 其结晶起始温度Tc分别为1073 K和1173 K.同时发现, 原子的平均配位数（最近邻数）对温度和冷速的变化相当敏感, 且其突变点正好与结晶转变温度Tc相对应, 这将为液态金属结晶转变过程的研究提供一条新途径.     

二元合金Ag50Rh50从液态到非晶的分子动力学计算

本文对贵重金属银铑合金Ag50Rh50的液态结构和激冷过程进行了分子动力学模拟研究,原子间作用势采用紧束缚势,模拟在施加了周期性边界折常压状态下进行。采用了偶关联函数,键对分析技术和键取向序参, 分子动力学模拟计算方法揭示了Ag50Rh50的液态结构存在原子偏聚特征以及在快速凝固过程形成原子偏聚的不均匀非晶,并与同族过渡金属进行了非晶形成能力的比较。     

铈对液态共晶Fe—C合金粘度的影响

利用液态高温回转振荡粘度仪分别对共晶Fe-C合金和Fe-C-Ce合金(铈含量分别为0.08%,0.21%,0.59%)的粘度进行了研究.结果表明,在熔点以上至1420℃的范围内,共晶Fe-C合金的粘度在8.30～5.50mPa@s之间变化,而在熔点附近合金粘度的异常现象与液体合金中石墨的形成有关;铈含量大于0.21%明显降低了共晶Fe-C合金的粘度,分析表明,粘度的降低与液态合金自由体积的增加有关.Fe-C-Ce合金的粘度在1340～1370℃范围内出现反常变化,高温差示扫描量热(DSC)实验发现几乎在同样的温度范围存在异常峰位,分析表明这与液体合金内部的Ce-C化合物原子团簇有关.     

贵金属Au冷却过程中结构及能量变化的分子动力学计算机模拟

通过分子动力学方法,研究了不同冷速下贵金属Au在温度2000～300K的冷却过程中微观结构的变化特点。结果发现,冷却速度对Au的微观结构产生重要影响。采用偶关联函数和键对分析技术对原子局域团簇结构进行分析,并考察了冷却过程中原子势能随温度的变化,比较了Au的微观结构转变与能量变化的对应关系,从能量转化的角度对冷却过程中Au的结构变化进行了说明。     

液铜快速冷却过程微观结构演变的计算机模拟

利用计算机模拟了在周期性边界条件下由500个原子构成的液态Cu模型系统以 4.2 * 10~(13) K/s的速率快速凝固的全过程。模拟在FS相互作用势的基础上，通 过双体分布函数、键对分析技术、键取向序等多种方法，对液Cu快冷凝固过程的微 观结构转变特性作了分析，给出了连续快速冷凝过程中液Cu原子间依靠相互作用力 形成的独特的微观结构图像。模拟结果重现了实验值，且表明在快速冷却过程中液 Cu没有形成body center cubic结构的倾向。     

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.     

Effect of Size and Temperature on Water Dynamics inside Carbon Nano-Tubes Studied by Molecular Dynamics Simulation

Water transport inside carbon nano-tubes (CNTs) has attracted considerable attention due to its nano-fluidic properties, its importance in nonporous systems, and the wide range of applications in membrane desalination and biological medicine. Recent studies show an enhancement of water diffusion inside nano-channels depending on the size of the nano-confinement. However, the underlying mechanism of this enhancement is not well understood yet. In this study, we performed Molecular Dynamics (MD) simulations to study water flow inside CNT systems. The length of CNTs considered in this study is 20 nm, but their diameters vary from 1 to 10 nm. The simulations are conducted at temperatures ranging from 260 K to 320 K. We observe that water molecules are arranged into coaxial water tubular sheets. The number of these tubular sheets depends on the CNT size. Further analysis reveals that the diffusion of water molecules along the CNT axis deviates from the Arrhenius temperature dependence. The non-Arrhenius relationship results from a fragile liquid-like water component persisting at low temperatures with fragility higher than that of the bulk water.     

甲醇对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体结构与性质影响的模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了298.15 K、0.1 MPa下摩尔分数为0.1-0.9 的甲醇对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF₄])结构与性质的影响. 获得了体系的密度、径向分布函数、配位数、自扩散系数、粘度和电导率, 模拟得到的密度值与实验值符合较好. 结果显示: 体系各组分之间的径向分布函数随甲醇摩尔分数的增加呈规律性变化; 体系内阴阳离子的自扩散系数随着甲醇摩尔分数的增加不断增大; 甲醇的加入削弱了阴阳离子之间的相互作用, 体系粘度随着甲醇摩尔分数的增加逐渐减小, 电导率不断增大. 分析空间分布函数得到体系中各组分的三维空间分布情况.     

Molecular Dynamic Simulation of Side-Chain Liquid Crystalline Elastomer

Summary: Molecular dynamic simulation of side chain liquid crystalline elastomer has been carried out. As an initial state a flexible polymer network in a low molecular liquid-crystal (LC) solvent was used. The LC solvent comprises of anisotropic rod-like semiflexible linear molecules (mesogens) composed of particles bonded into the chain by FENE potential. Rigidity of LC molecules was induced by a bending potential. All interactions between nonbonded particles are described by a repulsive Lennard-Jones potential. For the systems with different values of density and order parameter obtained after sufficiently long trajectory the attachment of ends of mesogens to the polymer network was simulated. The kinetic of the process of mesogens attachment to network was studied as well as morphology of attachment. The structural and dynamical behaviour of side chain LC elastomer was studied and compared with systems of polymer network in low molecular LC solvent.