分子结构对流体纳米管传递影响的动力学研究
1. 研究背景与意义
1.1 流体在纳米管内传递的重要性
1.1.1 流体在纳米管内的传递应用
- 水和离子的跨膜传递、药物输送、海水淡化、新能源电池以及纳米制造等研究都涉及流体在纳米管内的传递过程。
- 流体在纳米管内的传递具有重要的理论意义和实用价值。
1.1.2 纳米管传递现象的发现
- 碳纳米管中的水流量增强现象引起了人们对流体在纳米管内传递的关注。
- 流量增强现象与流体在纳米管界面层的滑移长度有关，与润湿参数相关。
1.1.3 纳米管传递现象的研究进展
- 研究了纳米孔膜表面缺陷对流体传递的影响。
- 探讨了入口形状对纳米孔渗透的影响。
- 分析了流体在纳米管内传递的阻力来源。
1.2 研究目的与意义
- 采用分子动力学模拟方法，研究分子结构与温度对流体纳米管传递的影响。
- 揭示流体在纳米管中的传递性质与分子结构与温度等因素的关系。
2. 研究方法
2.1 分子动力学方法
- 分子动力学模拟是融合了生物力学、量子物理学的精髓与高级计算技术的方法。
- 使用开源分子动力学软件包LAMMPS来完成模拟。
- 采用Langevin恒温动力学方程，融合了保守力、摩擦力和随机力。
2.1.1 LJ势能与FENE成键能
- 描述了LJ势能与FENE成键能的设置方法。
- 解释了粒子间相互作用能的计算方法。
2.2 模拟体系的构建
- 在立方型模拟盒子中放置一个纳米管，随机填充两种溶剂分子。
- 构建了混合溶剂由单原子分子和双原子分子组成的体系。
- 考察了具有不同作用能的分子结构。
- 设置三种温度体系，研究温度对传递性质的影响。
3. 模拟结果与讨论
3.1 驱动压力的变化关系
- 温度对驱动压力的影响主要集中在模拟的中间阶段，即流体传递的早期。
- 温度越高，体系的压力增加越大，相同压力下温度越高需要的时间越短。
3.2 纳米管内溶剂数的变化关系
- 观察到进入纳米管溶剂粒子数呈现波动现象，即溶剂粒子也会从纳米管内退回到溶剂中。
- 三种体系在传递的后期纳米管内粒子数都保持相对稳定的状态，但纳米管内容纳的粒子数并不相等。
4. 结论
- 分子结构与温度对溶剂分子在纳米管内的传递有影响。
- 分子的吸引作用强，体系的温度高对流体进入纳米管传递是有利的。
