本文針對(duì)摻雜SiO₂納米顆粒的Li2CO₃/K₂CO₃納米復(fù)合熔鹽,考慮納米吸附層和表面效應(yīng)的影響,完善了其比熱容預(yù)測(cè)方法。首先,使用分子動(dòng)力學(xué)方法獲得了熔鹽離子在多壁碳納米管吸附影響下的初始密度分布,并通過求解熔鹽離子在SiO₂納米顆粒作用下誘導(dǎo)結(jié)晶形成納米吸附層的過程,獲得了納米吸附層的含量。然后,基于修正的德拜熱容理論,考慮表面高能原子的影響,獲得了SiO₂納米顆粒及納米吸附層的比熱容。最后,基于該方法對(duì)摻雜不同粒徑SiO₂納米顆粒的納米復(fù)合熔鹽比熱容進(jìn)行了預(yù)測(cè),并和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明當(dāng)SiO₂納米顆粒含量較少時(shí),與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差在-0.4%³.5%之間,故該方法的預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020年10期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１?Ｌｉ２Ｃ〇３／Ｋ２Ｃ〇３復(fù)合熔鹽的相圖??Ｆｉｇ．?１?Ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｌｉ２Ｃ〇３／Ｋ２Ｃ〇３?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｓａｌｔ??

２４８６??工程熱物理學(xué)報(bào)??４１卷??ｗ?０?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｆｏｒ?ＣＯ３＂??％?Ｌｉ?ｅｌｅｍｅｎｔ??？?Ｋ?ｅｌｅｍｅｎｔ??＾?Ｃ?ｅｌｅｍｅｎｔ??？?Ｓｉ?ｅｌｅｍｅｎｔ??？?０?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｆｏｒ?Ｓｉ〇２??圖２分子動(dòng)力學(xué)模擬體系??Ｆｉｇ．?２?ＭＤ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ??具體的模擬方法為：首先，構(gòu)建不同粒徑的Ｓｉ０２??納米顆粒，并在其表面附近均勻地分散Ｌｉ＋、Ｋ＋??和ＣＯ〗＇?以構(gòu)成摩爾分?jǐn)?shù)比為６２％?Ｌｉ２Ｃ０３：３８％??Ｋ２ＣＯ３的復(fù)合熔鹽，模擬體系的尺寸隨Ｓｉ０２納米??顆粒的粒徑變化，圖２（ａ）給出了尺寸為４２．２７?ｎｍ?ｘ??４２．２７?ｎｍ?ｘ?４２．２７?１１ｍ的模擬體系，其中Ｓｉ０２納米顆??粒的半徑為５．０?ｎｍ。然后，為了防止粒子互相重疊，??在模擬前對(duì)體系進(jìn)行松弛處理，經(jīng)過處理后能量達(dá)??到最小化。接下來，將溫度設(shè)定為８００?Ｋ，壓力設(shè)定??為ｌ．ＯｌｘｌＯ５?Ｐａ，時(shí)間步長為１?ｆｓ，交替的將體系在??ＮＶＥ系綜和ＮＰＴ系綜中進(jìn)行迭代，直到能量達(dá)到??穩(wěn)定．獲得溶鹽中Ｌｉ＋、Ｋ＋和ＣＯ〗－隨離Ｓｉ０２表面??距離的密度分布ＣＬ，〇（ｒ）．??１．１．２誘導(dǎo)結(jié)晶模型??納米顆粒表面結(jié)晶過程的示意如圖３所示，在??過冷度的驅(qū)動(dòng)下晶體由納米材料表面向外生長，凝??固前沿不斷向外推進(jìn)，其中凝固前沿半徑為ｒｓ，晶體??中溶質(zhì)的濃度為Ｃｓ，液態(tài)熔鹽中溶質(zhì)的濃度為Ｃｔ，??總控制容積的半徑為Ａ。在凝固前沿推進(jìn)的過程中，??液相熔鹽中的各離子同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散，離子分布趨向??均勻，逐漸削弱其成分偏移現(xiàn)象，造成過冷度減孝??晶體生長動(dòng)力逐漸

?ｎｍ?ｘ?４２．２７?１１ｍ的模擬體系，其中Ｓｉ０２納米顆??粒的半徑為５．０?ｎｍ。然后，為了防止粒子互相重疊，??在模擬前對(duì)體系進(jìn)行松弛處理，經(jīng)過處理后能量達(dá)??到最小化。接下來，將溫度設(shè)定為８００?Ｋ，壓力設(shè)定??為ｌ．ＯｌｘｌＯ５?Ｐａ，時(shí)間步長為１?ｆｓ，交替的將體系在??ＮＶＥ系綜和ＮＰＴ系綜中進(jìn)行迭代，直到能量達(dá)到??穩(wěn)定．獲得溶鹽中Ｌｉ＋、Ｋ＋和ＣＯ〗－隨離Ｓｉ０２表面??距離的密度分布ＣＬ，〇（ｒ）．??１．１．２誘導(dǎo)結(jié)晶模型??納米顆粒表面結(jié)晶過程的示意如圖３所示，在??過冷度的驅(qū)動(dòng)下晶體由納米材料表面向外生長，凝??固前沿不斷向外推進(jìn)，其中凝固前沿半徑為ｒｓ，晶體??中溶質(zhì)的濃度為Ｃｓ，液態(tài)熔鹽中溶質(zhì)的濃度為Ｃｔ，??總控制容積的半徑為Ａ。在凝固前沿推進(jìn)的過程中，??液相熔鹽中的各離子同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散，離子分布趨向??均勻，逐漸削弱其成分偏移現(xiàn)象，造成過冷度減孝??晶體生長動(dòng)力逐漸衰減的作用，最終固液達(dá)到平衡，??晶體停止生長。誘導(dǎo)結(jié)晶模型中的關(guān)鍵假設(shè)如下：??１）熔鹽晶體中各離子的數(shù)密度與均勻熔鹽中的??離子數(shù)密度相等，即Ｌｉ＋的數(shù)密度為０．０１１２ｘ１０３Ｑ??ｍ－３；??２）熔鹽固液界面處的結(jié)晶行為瞬間完成；??３）固相中離子無擴(kuò)散，而液相中各離子的擴(kuò)散??速率足夠大，能夠滿足固液界面的平衡；??４）忽略結(jié)晶過程中釋放的熱量對(duì)系統(tǒng)溫度的影??響，系統(tǒng)維持恒溫；??５）忽略形成晶體中的缺陷；??６）形核率為１００％，即每個(gè)納米顆粒表面的熔鹽??成分達(dá)到形核條件時(shí)，都能夠引發(fā)結(jié)晶過程。??誘導(dǎo)結(jié)晶模型的具體建模過程如下：獲得熔鹽??離子初始密度分布ＣＬ，Ｑ（ｒ）之后，計(jì)算


本文編號(hào)：2920913