受限于纳米碳管中的乙醇分子的结构和扩散的分子模拟研究

利用分子模拟研究了常温常压下受限于(8,8) (管径1.081 nm)和(15,15) (管径 2.035 nm)单壁纳米碳管中的乙醇分子. 对受限分子的径向密度分布和氢键等静态性质以及扩散性质进行了分析. 结果显示在管内乙醇分子的平均氢键数目和主体相一致. 乙醇分子在(8,8)碳管内具有高度有序的结构, 而在(15,15)碳管内由于空间的增大导致结构有序度的降低, 其中分子取向已呈随机分布. 进一步对扩散系数的分析发现, 在管内乙醇分子的轴向扩散系数低于主体相, 特别在(8,8)碳管内乙醇分子几乎丧失了轴向扩散能力.     

考虑运动受限的履带式移动机器人轨迹跟踪控制

针对履带式移动机器人的轨迹跟踪控制问题进行研究,首先,建立了履带式移动机器人的运动学模型和跟踪误差模型；其次,设计了转速有限时间控制和线速度滑模控制的轨迹跟踪控制律,并给出了考虑运动受限作用下的控制律修正表达式；最后,基于MATLAB对所提控制律进行仿真,对比分析了不考虑运动受限情况下跟踪控制效果;结果表明,设计的跟踪控制律能够实现履带式移动机器人对圆轨迹的有效跟踪,且考虑运动受限作用的控制律更加符合实际;文章研究分析了运动受限作用对于移动机器人轨迹跟踪控制的影响,分析结果对其他移动机器人的运动控制研究具有参考价值。     

受限空间细水雾降温效果的实验研究

为研究细水雾在高温受限空间的降温效果,提出更广泛的细水雾系统应用范围,通过搭建小尺寸受限空间实验平台,开展大量水雾降温实验,研究细水雾在狭长受限空间内的降温特性,并重点分析影响水雾降温性能的主要参数。结果表明:随着纵向距离的增大,水雾降温效果逐渐减弱,降温幅度先急剧下降再缓慢降低,整个空间下层区域的降温效果优于上层区域。环境温度、喷头布置形式以及通风状况是影响水雾降温效果的重要因素:环境温度越高,降温范围越大,降温效果越明显;纵向喷头布置形式有利于水雾与周围环境更充分地热交换,提高降温效率;水雾-通风协同作用时,既能扩大水雾降温范围,又能显著提高降温效果,同时保持空间温度场稳定均匀。     

受限空间油气爆燃火焰形态

通过受限空间油气爆燃可视化实验发现，在不同初始油气体积分数下，爆燃火焰呈现出不同的表观特征，据此提出了受限空间油气爆燃的3种火焰形态，即光滑球形火焰、褶皱球形火焰和卷曲絮状火焰。分析了3种火焰形态的形成机理，并通过实验观测与理论分析，给出了区分3种火焰形态的临界条件。结合实验中采集到的关键参数，总结了不同的火焰形态下受限空间油气爆燃的反应产物、最大压力、升压速率、反应时间、火焰强度等关键参数的特征与变化规律。     

限制在疏水板中的新的六边形-四边形三层冰结构

对限制在两个光滑的疏水板间的水进行了分子动力学模拟,观察到了两种晶体结构,都满足冰规则．在1GPa的压强和1．0nm的板间距下获得的新的冰相是平坦的六边形-四边形三层冰．在此结构中,靠近板的两层（外层）中的水分子形成六边形环,中间层的水分子形成四边形环．对于外层的水分子,其四个氢键中的三个在同一层中,另一个氢键与中间层连接．对于中间层的水分子,四个氢键中的两个在同。层中,而另外两个氢键与两个不同的外层相连．虽然三层的形状不同,但其面密度却接近相等．另一种结构是在0．8nm的板问距和100MPa的侧向压下获得的平坦的六边形双层冰．模拟中的相变既有一阶相变,也有连续相变．     

受限于两平行板间的对称星形共聚物Am Bm熔体相行为的格子自洽场理论研究

采用格子自洽场理论计算研究了受限于2个平行板间的对称星形共聚物AmBm(m=1,2,3,4,5)熔体形成的层状相结构.在给定的相互作用下(χNAB不变,χ为Flory-Huggins相互作用参数,NAB=(N?1)/m为单个聚合物分子中一对AB臂的总链节数目),针对平行板间距为体相周期的情况,系统考察了共聚物链长N和单个聚合物分子中A(或B)臂数目m对受限层结构细节及层取向的影响.由计算结果,当N或NAB不变时,受限层的归一化界面宽度随m的增大而减小.受限板为中性时,垂直层结构的单链自由能比平行层结构的低.随着板对共聚物中一种嵌段的选择作用Λ的增大,体系发生垂直层到平行层的转变,该转变为一阶相变.当m不变时,N越小,上述转变出现在越大的Λ值处,体系越容易保持垂直层结构.并且N越小,层状结构周期越小.当N或NAB不变时,m越大体系越容易保持垂直层结构.总之,星形共聚物的链长越短、臂数越多时,垂直层稳定的Λ区间越大、层状结构的界面宽度越小.这些结论可以指导刻蚀应用中对体系参数的选择.     

熵驱大分子胶体粒子的柱状受限结晶

熵是物理化学的基本状态参量,在统计力学和热力学中处于核心位置.按照玻尔兹曼的微观解释,熵可以由孤立系统微观状态的数目(W)给出,即S=kBlnW,这里kB为玻尔兹曼常数[1,2].根据此公式,微观状态数越多,系统越混乱,熵越大,所以熵常被视作体系无序程度的度量.但熵增仅对应体系微观状态数的增加,与可观测的结构有序程度无关[3~5].在一些典型的软物质体系中,结构越有序熵反而越大,如胶体硬球在随机密堆积点的有序结晶[6]及描述各向异性棒状分子从各向同性相到向列相转变的Onsager原理[7].     

应用极化水分子模型研究单分子层受限水的介电性质

受限条件下水的介电性质因测量极具挑战,其在诸多电化学过程与反应输运过程中如何扮演关键角色从未被定量地澄清.本工作利用平衡态分子动力学模拟和受限体系介电性质计算方法,系统性地探索了0.65 nm限域尺寸、5×10⁸ Pa限域压强、不同温度条件下单分子受限冰和受限水的介电性质.详细比较了恒定偶极矩SPC/E水分子模型和可极化的SWM4-NDP水分子模型在描述受限冰、水结构与介电性质上的优劣势,包括统计分析SWM4-NDP模型模拟的单分子层受限水和受限冰的瞬时分子偶极矩概率密度分布,计算每个模拟体系的静态结构因子、静态偶极空间关联函数、静态介电常数、体系偶极时间关联函数和德拜弛豫时间.首次发现了极化水分子模型描述的低维度受限水和受限冰的奇异分子极性变化,并观察到两种模型描述静态结构性质的效果相当,SWM4-NDP模型对于静态介电常数描述的优势会因受限条件的增强而被大幅削减.但在受限水介电极化弛豫动力学性质描述上SWM4-NDP模型明显优于SPC/E模型.我们推断SWM4-NDP模型在探索受限水结构相变动力学以及受限体系离子输运和溶剂化动力学等过程的模拟研究中是比SPC/E模型更好的选择.本工作将在进一步开展基于受限水系统储能、传感、输运的设计工作中提供一定的理论指导意义.     

磁场对非对称量子点中极化子性质的影响

采用线性组合算符和幺正变换方法研究磁场对非对称量子点中弱耦合磁极化子性质的影响.导出了非对称量子点中弱耦合磁极化子的振动频率、基态能量和基态结合能随量子点的横向和纵向有效受限长度、磁场和电子-声子耦合强度的变化关系.数值计算结果表明:非对称量子点中弱耦合磁极化子的基态能量和基态结合能随量子点的横向和纵向有效受限长度的增加而迅速增大.随回旋频率的增加而增大,随电子-声子耦合强度的增加而减小.