分子动力学模拟方解石和白云石润湿性

利用分子动力学模拟研究油水分子在方解石和白云石表面的吸附,分析体系的平衡构型、相对浓度、径向分布函数和吸附能,研究方解石和白云石的亲水性并对比二者差异.根据油水分子吸附规律分析方解石/白云石-油水体系作用机理.研究表明：白云石-油水体系更易达到热力学稳定状态并且体系更加稳定;方解石和白云石表面均能够优先吸附水分子并在表面形成双层结构的水膜.其中,白云石表面对水分子吸附强度大于方解石;稳定吸附过程分为两步：范德华力、静电力和O（CaCO₃,CaMg（CO₃）₂）-H（H₂O）氢键共同影响下水分子向晶体表面移动并吸附形成紧密吸附层;O（H₂O）-H（H₂O）氢键作用下游离的H₂O向晶体表面靠近形成扩散层.从分子尺度解释方解石/白云石亲水特性,为碳酸盐岩储层润湿性研究奠定理论基础.     

分子动力学模拟研究方解石表面润湿性反转机理

利用分子动力学模拟技术从分子尺度探究方解石表面润湿性反转机理.首先,研究方解石表面润湿性反转过程;而后,从原油分子-方解石表面与原油分子-原油分子/水分子相互作用两个方面系统揭示方解石表面润湿性反转机理.结果:(1)水分子能够驱离方解石表面弱吸附的非极性分子造成润湿性的改变,但不能驱离强吸附的极性分子使润湿性反转难以实现;(2)原油分子极性越强与方解石表面相互作用越强,极性分子与方解石表面之间主要为静电力,非极性分子与方解石表面之间主要为范德华力;(3)原油分子极性越相近分子之间的相互作用越强,分子极性相差越大分子之间的相互作用越弱.非极性分子之间主要是范德华力,极性分子之间主要是静电力;(4)原油分子在方解石表面和水分子的共同作用下形成乙酸-吡啶-水-甲苯-己烷的稳定吸附序列.本研究为靶向提高采收率技术的设计与应用提供理论基础.     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。     

石墨狭缝中甲烷吸附的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究石墨狭缝中甲烷的吸附,考察狭缝宽度和温度对甲烷吸附的影响.模拟发现甲烷在石墨狭缝中出现分层现象,吸附层中甲烷具有类液特征,第一吸附层内甲烷中总有两个氢原子的连线与另外两个氢原子的连线分别位于平行于狭缝壁的两个平面内,游离层中甲烷呈现气体的特征;碳原子间的平均作用势说明吸附层中甲烷分子间结合能力大于游离层,吸附态是甲烷在石墨狭缝中的主要赋存形式之一;伦敦力以及由吸附层净电荷产生的电场力是甲烷吸附和分层的主要原因;甲烷的吸附量随狭缝宽度增大或温度升高而减少,当狭缝宽度小于16.46Å时,甲烷仅以吸附形态存在.甲烷在第一吸附层中的扩散能力最弱、游离层中最强,甲烷扩散系数随狭缝宽度的增大或温度的升高而增大.     

典型表活剂与稠油在蒙脱石表面吸附行为的分子动力学模拟

为探究蒸汽与表面活性剂复合驱对稠油与黏土矿物表面吸附稳定性的影响,建立表活剂溶液、稠油和蒙脱石的三元吸附体系,采用分子动力学方法阐释稠油与表活剂在蒙脱石表面的微观竞争吸附机理。计算结果表明：非离子型表活剂难以与蒙脱石表面接触,但在高温吸附质环境中具有较强的扩散能力;阳离子型表活剂在较低温度下占据蒙脱石表面吸附位点并使稠油分子脱离蒙脱石;而阴离子表活剂在高温条件下容易使稠油分子远离蒙脱石。高温促使沥青质聚集核离散,从而促进稠油的流动,但会导致部分表活剂更加亲附蒙脱石而造成非必要的损失。本研究为合理调整温度与表活剂的匹配性,为敏感性稠油油藏的开发提供了良好的应用前景及推广意义。     

用分子动力学方法研究Ag(001)表面吸附原子的自扩散现象

用分子动力学方法研究了单个吸附原子在Ａｇ（００１）表面的自扩散现象，其中相互作用势采用了更适合于表面特性的表面嵌入势（ＳＥＡＭ势）．观察到了丰富的扩散机制，包括简单交换机制、复杂交换机制、跳跃机制及一种新的渡越机制．提出了复杂交换机制的另一种竞争交换模型．对所有扩散机制的统计结果表明，吸附原子与表面原子间的交换扩散占主导．另外，由吸附原子扩散的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ行为及能量弛豫方法计算得到了简单交换机制的激活能为０.３９ｅＶ，它小于跳跃机制的激活能０.４７ｅＶ． 关键词：     

页岩矿物不同润湿性表征与吸附微观机理

无机矿物作为页岩气吸附的重要载体,其表面性质对甲烷吸附能力有着重要影响,而润湿性作为固体重要表面性质之一,对矿物气体吸附能力的影响不可忽视.文章以蒙脱石和石英作为研究对象,通过对矿物表面甲基化(-CH₃)和羟基化(-OH)处理来改变其润湿性,以探究无机矿物表面润湿性对甲烷吸附能力的影响.采用分子动力学方法研究矿物体系的润湿性,用接触角对润湿性进行定量表征,并构建纳米狭缝,结合巨正则蒙特卡罗方法模拟润湿性改变前后,CH₄在矿物中的吸附变化.研究结果表明,水滴在羟基化矿物表面迅速破裂并铺展在矿物表面,而在甲基化表面铺展程度较小,普遍呈半球形.羟基化蒙脱石和石英表面的润湿接触角分别为12.7°和26.5°,均小于其甲基化表面接触角62.5°和85.7°.甲基化矿物甲烷吸附量均高于其羟基化,气体几乎大都以吸附状态位于孔隙壁面,随着矿物亲水性的减弱,其对甲烷吸附能力增强.     

双酚A在氧化石墨烯表面吸附的分子动力学模拟

双酚A(bisphenol A,BPA)是一种内分泌干扰物,会对机体多方面产生不良影响,包括生殖系统、神经系统、胚胎发育等.因此,在水环境中如何检测和去除BPA显得尤为重要.实验研究表明,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)对BPA具有优异的吸附去除性能,但在分子层面的吸附机制尚不清楚.分子动力学模拟,能提供BPA在GO表面的动态吸附过程以及吸附构象等详细信息,可以弥补实验的不足.本文利用GROMACS分子动力学模拟软件,系统模拟了BPA在含GO的水溶液中的吸附过程,并计算了吸附自由能.结果显示:所有的BPA均被吸附在GO两侧,通过分析BPA的吸附构象以及与GO的相互作用,发现π-π疏水作用对吸附起主导作用,且显示出很好的稳定性,而静电和氢键作用增加了GO的吸附能力.通过自由能计算,BPA在GO表面的结合能达30 k J/mol,远大于水分子的5 k J/mol.这些结果进一步证实GO对BPA具有很强的吸附能力以及GO作为吸附剂在水溶液中去除BPA的可行性.     

分子动力学模拟H原子与Si的表面相互作用

通过分子动力学模拟了入射能量对H原子与晶Si表面相互作用的影响. 通过模拟数据与实验数据的比较, 得到H原子吸附率随入射量的增加 呈先增加后趋于平衡的趋势. 沉积的H原子在Si表面形成一层氢化非晶硅薄膜, 刻蚀产物(H₂, SiH₂, SiH₃和SiH₄)对H原子吸附率趋于平衡有重要影响, 并且也决定了样品的表面粗糙度. 当入射能量为1 eV时, 样品表面粗糙度最小. 随着入射能量的增加, 氢化非晶硅薄膜中各成分(SiH, SiH₂, SiH₃)的量以及分布均有所变化. 关键词： 分子动力学 吸附率 表面粗糙度 氢化非晶硅薄膜     

液滴在润湿梯度表面运动的分子动力学模拟

本文进行了液滴在不同润湿梯度表面运动的分子动力学模拟,通过改变Lennard-Jones(LJ)势参数来实现表面的不同润湿性。模拟结果表明在润湿梯度差为10°的界面上,疏水表面的液滴运动更快,达到最终界面所需时间最短,并且液滴运动方向距离最远。当润湿梯度差为20°和30°时,液滴在疏水表面工况的运动速度与从疏水跨越到亲水的工况之间的差距越来越小,并且液滴在从疏水跨越到亲水的工况达到了最远的运动距离。同时,润湿梯度差的增加也引起了液滴运动速度的增大。     

Diffusion Dynamics of Cux Cluster on Cu(111) Surface

利用分子动力学与修正分析型嵌入原子模型研究了从200K至800 K范围内,Cux (1·x·8)小团簇在(111)面的自扩散动力学行为,计算了Cu小团簇的扩散系数与激活能. 计算结果表明,密排的Cu7团簇的激活能最高,其扩散前因子比单个吸附原子的高3个数量级,这与其他类似金属的实验结果一致. 另外,还定量讨论了薄膜生长与团簇扩散的关系.     

特定和非特定溶剂化对BPTI在金表面吸附的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了三种水溶剂环境(即介电常数模型、部分溶剂化模型和全溶剂化模型)中牛胰蛋白酶抑制剂(BPTI)在金表面上的吸附效应. 结果表明BPTI在介电常数模型中会发生快而强的吸附作用并导致蛋白质结构发生大的结构偏差、明显的沿金表面的平铺展开、二级结构的快速消失、更多的原子出现在与金表面强相互作用的区域. 与介电常数模型相比,部分溶剂化模型中蛋白质与金表面间的显含水分子削弱了金的吸附作用,使得吸附速度和结构的变化程度减弱,但金吸附导致的蛋白质紧密水化层的损失仍然使得它的结构发生明显的变化. 蛋白质在全溶剂化的体系中吸附速度和程度是最慢最弱的,结构变化最小并能发生一定程度的旋转来寻找合适的吸附     

Quantum Trajectory Approach to Molecular Dynamics Simulation with Surface Hopping

In this work we propose a quantum trajectory approach to the powerful molecular dynamics simulation with surface hopping,from an insight that an efective"observation"is actually implied in the simulation through tracking the forces experienced,just like checking the meter’s result in quantum measurement process.This treatment can build the nonadiabatic surface hopping on a physical foundation,instead of the usual fictitious and conceptually inconsistent hopping algorithms.The efects and advantages of the proposed scheme are preliminarily illustrated by a two-surface model system.     

A molecular dynamics study of effective parameters on nano-droplet surface tension

The main purpose of this paper is to numerically study the effect of droplet radius, temperature, and surface wettability on droplet surface tension. Moreover, the validity of Young-Laplace equation (Y-L) for nano-droplet is examined. Simulations of droplet surrounded by its vapor and droplet on solid surface are carried out and the results are compared to each other in order to comprehend the role of surface wettability on droplet surface tension. The pair potential for the liquid-liquid and liquid-solid interaction is considered using Lennard-Jones model. Different numbers of atoms and surface wettabilities are employed to generate droplet of different radiuses. In addition, contact angle of droplet on solid surface is computed. Pressure tensor and density profile is locally calculated. Furthermore, liquid pressure is evaluated far from the interface using the virial theorem and gas pressure is obtained using an equation of state. In order to calculate the surface tension, two different approaches are employed; Young-Laplace equation and direct molecular dynamics (MD) simulation. The surface tension increases with increase in droplet radius and it is seen that the surface wettability does not directly influence the surface tension.     

Quantum Trajectory Approach to Molecular Dynamics Simulation with Surface Hopping

In this work we propose a quantum trajectory approach to the powerful molecular dynamics simulation with surface hopping, from an insight that an effective “observation” is actually implied in the simulation through tracking the forces experienced, just like checking the meter's result in quantum measurement process. This treatment can build the nonadiabatic surface hopping on a physical foundation, instead of the usual fictitious and conceptually inconsistent hopping algorithms. The effects and advantages of the proposed scheme are preliminarily illustrated by a two-surface model system.     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

纳米通道壁面晶面结构对吸附影响的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法,模拟了流体在晶面结构为FCC100、FCC110、FCC111壁面上的吸附现象,结果表明壁面结构对粒子的吸附有较大的影响.在相同的条件下,三种晶面结构的吸附区产生的吸附作用力不相同,FCC110结构壁面的吸附粒子更贴近壁面,FCC111结构壁面吸附的粒子最多.在纳米尺度下定义壁面相对光滑度来表征...     

聚氨酯结构与径向分布的分子动力学模拟

采用分子动力学方法计算得到DHI-乙烯醇聚合体系统的结构和径向分布函数。讨论了系统结构和径向分布函数与温度和压力之间的关系。结果表明粘合系统的空间分布一般地随着温度和压力的增加而收窄,对增加聚氨酯系统的粘合性具有积极的意义。