發(fā)布時間：2021-03-13 21:45

　　碳納米管/石墨烯具有良好的力學、電學性質(zhì),其與水的相互作用廣泛應用于藥物疏運、海水淡化、離子交換等。本文采用分子動力學的方法研究碳納米管/石墨烯與水的相互作用,分析曲率對受限水分子排布及運動的影響,發(fā)現(xiàn)液滴能引起碳納米管的坍塌并分析其物理機理,探究納米尺度下影響液滴融合的因素。本論文包括以下三個方面:發(fā)現(xiàn)曲率影響受限水分子的排布及擴散運動。采用分子動力學模擬,通過改變雙壁碳納米管的間距,可調(diào)控水分子形成單層、雙層及三層水層結(jié)構(gòu)。此外,曲率使水分子在沿著碳納米管軸向、環(huán)向運動表現(xiàn)出各向異性,電場條件下曲率能夠?qū)⑺梢簯B(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。因此,可以通過改變雙壁碳納米管/雙層石墨烯間距形成不同的水層結(jié)構(gòu),曲率及電場可調(diào)控水分子的運動及排布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)液滴通過毛細作用進入碳納米管后,其表面張力可使碳納米管發(fā)生很大變形,甚至發(fā)生屈曲坍塌。通過理論模型分析,分子動力學模擬及有限元方法計算,研究了不同管徑、管長碳納米管屈曲的臨界外力,發(fā)現(xiàn)碳納米管屈曲的臨界外力與管長成正比,與碳納米管半徑的立方成反比,解釋了液滴進入碳納米管后使碳納米管坍塌的原因。采用分子動力學方法模擬了納米尺度下兩個相同液滴的融合過程。通過... 

【文章來源】：北京理工大學北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 本論文研究的目的和意義
    1.2 碳納米管/石墨烯與水的相互作用
        1.2.1 納米尺度水分子與平面基底相互作用形成的特殊結(jié)構(gòu)
        1.2.2 碳納米管/石墨烯與水的相互作用
        1.2.3 液滴融合
    1.3 論文主要內(nèi)容
第2章 曲率對受限水擴散及排布的影響
    2.1 引言
    2.2 計算模型及分析方法
    2.3 結(jié)果分析與討論
        2.3.1 雙壁碳納米管間距與水層結(jié)構(gòu)的關(guān)系
        2.3.2 曲率對單層水擴散及排布的影響
        2.3.3 曲率對雙層水擴散及排布的影響
        2.3.4 電場作用下曲率對水擴散及排布的影響
        2.3.5 雙壁碳納米管間距對單-雙層水擴散及排布的影響
    2.4 結(jié)論
第3章 水引起碳納米管的坍塌
    3.1 引言
    3.2 計算方法與模型
        3.2.1 分子模擬方法
        3.2.2 回轉(zhuǎn)半徑及幾何因子
    3.3 結(jié)果與分析
        3.3.1 水滴引起碳納米管的坍塌
        3.3.2 碳納米管屈曲的臨界力模型
        3.3.3 分子動力學計算碳納米管屈曲的臨界力
        3.3.4 有限元計算計算碳納米管屈曲的臨界外力
        3.3.5 計算結(jié)果分析
    3.4 結(jié)論
第4章 探究影響液滴融合的因素
    4.1 引言
    4.2 計算模型與方法
    4.3 結(jié)果分析與討論
        4.3.1 液滴間距對液滴融合的影響
        4.3.2 接觸角對液滴融合的影響
        4.3.3 基底的長寬比對液滴融合的影響
        4.3.4 基底的剛度對液滴融合的影響
        4.3.5 基底的曲率對液滴融合的影響
    4.4 結(jié)論
總結(jié)
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]生物大分子自組織坍塌行為的研究[J]. 李德昌,季葆華,黃永剛,黃克智.  醫(yī)用生物力學. 2007(01)



本文編號：3080964