氯化钾水溶液微观结构的分子动力学模拟研究

氯化钾水溶液不同于氯化钠的,其在低温下只能形成无水盐和冰.现有研究表明在氯化钠水溶液中不仅存在着水分子连续分布的区域与离子团簇,而且这二者的物质组成也与该溶液所形成晶体的分别对应.为了探寻其他溶液中是否存在此类对应关系,并考察溶液的微观结构,本文采用分子动力学方法对氯化钾水溶液进行了研究,表明了该溶液的一些性质.氯化钾水溶液中K⁺-K⁺和Cl^--Cl^-径向分布函数的特征具有一致性,峰的最大值所对应的位置都分别相同,明显不同于氯化钠水溶液的.系列时刻下瞬态图像内O到其最近离子距离中最大值的统计结果表明氯化钾水溶液中存在着一定大小的水分子连续分布的区域,其平均尺寸至少为2.26 nm;瞬态图像中K⁺与其最近邻Cl^-之间的距离主要分布在0.28 nm～0.38 nm之间,占比约为97.4%;溶液中存在着较大和较小两类离子团簇,较大团簇的平均尺寸为1.73nm,平均离子数是25.0,其内部的离子与周围离子之间具有与氯化钾晶体类似的结构;这些结果表明氯化钾水溶液中也...     

正丙醇、正丁醇和正辛醇中Debye弛豫动力学的测量与分析

单羟基醇具有其他液体通常所不具备的Debye弛豫过程,随着研究工作的开展,一些与之相关的新现象和新问题也逐渐被发现,深化了对物质结构和动力学的认知.为了进一步研究Debye弛豫过程的动力学及其受分子构成影响的情况,本文通过介电谱方法对3种无支链无侧基伯醇中的Debye弛豫进行测量与分析,揭示了该过程的一些变化规律.在正丙醇、正丁醇和正辛醇这3种伯醇中Debye过程的特征温度、VogelFulcher-Tammann (VFT)温度的倒数和强度参量以及弛豫单元在高温极限下的激活能和固有振动频率的对数几乎都随分子内碳原子数的增加而线性增加.但是VFT温度变化不大,具有一致性,表明这3种单羟基醇中Debye过程的弛豫单元应该相同,进一步验证了Debye弛豫来源于氢键分子链中羟基的观点.将样品的沸点和熔点等信息与上述激活能的变化进行对比,表明氢键作用与分子之间的整体相互作用具有正相关性.另外,将强度参量的变化情况与相关理论进行结合,给出了研究液体脆性的一个可能视角;三者弛豫过程与乙醇结果的对比,显示出Debye弛豫与α弛豫的分离程度会受到分子链长的影响,也为Debye弛豫的研究提供了切入点.这...     

差示扫描量热法研究系列浓度氯化钠水溶液的固液相变

在-50~50℃范围内,利用差示扫描量热法测量了21个摩尔比b的系列氯化钠水溶液,除纯水外,所有浓度的溶液均出现了双峰,随b的增加,高温峰强度减小、峰位向低温移动,低温峰则相反,最后逐渐重合.提出了重叠双峰的分峰方案,并得到了各熔化峰的特征量随b的变化结果,该结果与微观相分离模型一致,并据此给出了溶液中氯化钠浓度空间分布情况.该研究对深入认知生物体中电解质的微观结构和固液相变等有一定的参考价值.     

丙烯酸酯结构胶粘剂固化过程的热分析研究

利用同步热分析仪,在恒温条件下,测量了双主剂型丙烯酸酯结构胶粘剂(AB胶)固化过程中其热量、温度、质量随时间的变化关系.实验结果表明:(1)AB胶的固化反应是一个放热过程,放热速率随时间延长而快速减小,约10min后不再放热和吸热,即AB胶中化学反应约至10min时基本结束,且放出的总热量AQ≡114J/g; (2)整个测量过程中,AB胶的温度变化较小,约在0.5℃范围内；(3)AB胶在整个固化过程中,质量变化不大,说明在化学反应过程中并未生成容易挥发的物质.上述结果也表明,在液态簧振动力学谱对AB胶固化过程的测量中,样品复杨氏模量随时间t的变化与其中化学反应有关,而不是样品温度、质量变化引起的.因此,此研究可以为AB胶改性与应用以及液态簧振动力学谱在化学反应过程检测的应用探索上提供参考.     

玻璃化转变的分子串模型中多分子与单分子跃迁过程的比较研究

对小分子玻璃的分子串模型,单位时间内分子串的多分子和单分子的跃迁次数进行了近似计算,并基于甘油的模型参数,对多分子和单分子的跃迁次数进行了数值比较.结果表明,与单分子跃迁次数相比,多分子跃迁次数对分子串弛豫的贡献虽然随温度升高而增加,但是其贡献仍然是可以忽略的.由于甘油是典型玻璃材料,具有代表性,这应该说明,上述结论可以应用于一般的玻璃材料.     

系列势阱深度下二元Lennard-Jones液体的径向分布函数

径向分布函数是一个描述液体和非晶体结构的重要物理量,运用分子动力学模拟方法对二元Lennard-Jones液体在系列势阱深度下的径向分布函数进行了研究.结果表明,随着两类原子势阱深度比值k的增大,所有原子的总的径向分布函数的第一峰值、第一谷值以及第二峰值基本不变;但是同类原子的径向分布函数和异类原子径向分布函数的特征却随k出现了变化,并表现出不同于一般径向分布函数特征的情况.最后,结合体系的瞬态图像,对径向分布函数的变化原因进行了解释.     

亚硝酸钠多晶与粉末中铁电相变的研究

对NaNO 2粉末与多晶材料的复介电常数随温度的变化情况进行了讨论,并研究了其铁电相变过程.结果表明：1）高温（420K以上）低频（100Hz以下）条件下,NaNO2粉末及多晶材料复介电常数的变化主要是由离子扩散引起的.而高频（105Hz,106Hz）复介电常数实部的值在相变温度附近基本与频率无关,能够反映材料的极化和结构信息.2）在443K～450K范围内, NaNO 2粉末样品的激活能U为0.70eV,NaNO 2多晶的激活能U为1.58eV,NaNO 2多晶的激活能要大于NaNO2粉末的激活能,这说明NaNO2粉末与多晶中离子扩散可能起源于材料的本征缺陷.3） NaNO2粉末中铁电相变在复介电常数曲线上的表现比NaNO2多晶明显;临界温度Tc以上437K至440K范围内,NaNO 2多晶的复介电常数实部随温度的变化曲线偏离居里-外斯定律,说明该铁电相变过程中存在反常现象,这一现象与NaNO 2单晶的结果相吻合.     

分子串模型中空间弛豫模式的弛豫动力学的蒙特卡罗模拟

基于玻璃化转变的分子串模型的分子串弛豫方程,提出了更为精确的模拟分子串中所有空间弛豫模式(SRM)的蒙特卡罗模拟方案. 模拟得出各个SRM的弛豫时间随温度和分子串长度的变化结果与分子串模型中分子串弛豫方程的预言完全一致,即理论预期和模拟结果相互印证. 应当指出,分子串能否作为液态中集体单元的必要条件是在考虑到分子串之间的不均匀随机相互作用后,分子串的所有SRM的定性特征是不能改变的,这就需要对不同分子串的SRM之间的耦合进行研究. 但是迄今为止,仍未发现相关的严格解,仅有近似的自洽弛豫平均场方法. 由此可知,所提出的模拟方案为研究不同分子串的SRM之间的耦合(包括上述自洽场的可行性)提供了必要的基础. 关键词： 玻璃化转变 弛豫动力学 蒙特卡罗模拟 分子串     

An extended chain Ising model and its Glauber dynamics

It was first proposed that an extended chain Ising (ECI) model contains the Ising chain model, single spin double-well potentials and a pure phonon heat bath of a specific energy exchange with the spins. The extension method is easy to apply to high dimensional cases. Then the single spin-flip probability (rate) of the ECI model is deduced based on the Boltzmann principle and general statistical principles of independent events and the model is simplified to an extended chain Glauber-Ising (ECGI) model. Moreover, the relaxation dynamics of the ECGI model were simulated by the Monte Carlo method and a comparison with the predictions of the special chain Glauber-Ising (SCGI) model was presented. It was found that the results of the two models are consistent with each other when the Ising chain length is large enough and temperature is relative low, which is the most valuable case of the model applications. These show that the ECI model will provide a firm physical base for the widely used single spin-flip rate proposed by Glauber and a possible route to obtain the single spin-flip rate of other form and even the multi-spin-flip rate.