碳納米管/石墨烯具有良好的力學(xué)、電學(xué)性質(zhì),其與水的相互作用廣泛應(yīng)用于藥物疏運(yùn)、海水淡化、離子交換等。本文采用分子動(dòng)力學(xué)的方法研究碳納米管/石墨烯與水的相互作用,分析曲率對(duì)受限水分子排布及運(yùn)動(dòng)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(jī)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(gè)方面:發(fā)現(xiàn)曲率影響受限水分子的排布及擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。采用分子動(dòng)力學(xué)模擬,通過(guò)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(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出各向異性,電場(chǎng)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(guò)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(chǎng)可調(diào)控水分子的運(yùn)動(dòng)及排布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)液滴通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)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(guò)理論模型分析,分子動(dòng)力學(xué)模擬及有限元方法計(jì)算,研究了不同管徑、管長(zhǎng)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(zhǎng)成正比,與碳納米管半徑的立方成反比,解釋了液滴進(jìn)入碳納米管后使碳納米管坍塌的原因。采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了納米尺度下兩個(gè)相同液滴的融合過(guò)程。通過(guò)... 

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【學(xué)位級(jí)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(duì)受限水?dāng)U散及排布的影響
    2.1 引言
    2.2 計(jì)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(duì)單層水?dāng)U散及排布的影響
        2.3.3 曲率對(duì)雙層水?dāng)U散及排布的影響
        2.3.4 電場(chǎng)作用下曲率對(duì)水?dāng)U散及排布的影響
        2.3.5 雙壁碳納米管間距對(duì)單-雙層水?dāng)U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(jì)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(dòng)力學(xué)計(jì)算碳納米管屈曲的臨界力
        3.3.4 有限元計(jì)算計(jì)算碳納米管屈曲的臨界外力
        3.3.5 計(jì)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(jì)算模型與方法
    4.3 結(jié)果分析與討論
        4.3.1 液滴間距對(duì)液滴融合的影響
        4.3.2 接觸角對(duì)液滴融合的影響
        4.3.3 基底的長(zhǎng)寬比對(duì)液滴融合的影響
        4.3.4 基底的剛度對(duì)液滴融合的影響
        4.3.5 基底的曲率對(duì)液滴融合的影響
    4.4 結(jié)論
總結(jié)
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
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(xué). 2007(01)



本文編號(hào)：3080964