本文關(guān)鍵詞：受限空間中水的定向輸運(yùn)與甲烷水合物性質(zhì)研究

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【摘要】：近年來(lái),芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)(lab-on-a-chip),即能夠?qū)α黧w進(jìn)行空間及時(shí)間上的精確操控和處理的微流控(microfluidic)技術(shù),逐漸發(fā)展起來(lái),由于它有巨大的應(yīng)用潛力,得到了人們廣泛的關(guān)注。在納米技術(shù)高速發(fā)展的今天,器件集成度越來(lái)越高,但要實(shí)現(xiàn)在納米尺度下對(duì)流體進(jìn)行可控地驅(qū)動(dòng)仍然十分困難。實(shí)現(xiàn)在納米孔道中的流體輸運(yùn)是設(shè)計(jì)并應(yīng)用納米流體器件或納米能量轉(zhuǎn)換器等納米器件的關(guān)鍵一步。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷提高,人們已經(jīng)可以對(duì)碳納米管的直徑大小在納米尺度上進(jìn)行控制,還能把碳納米管制成規(guī)則的膜。由于碳納米管的中空結(jié)構(gòu),尺寸可控,及優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì),它常被用作微流通道,被譽(yù)為研究物質(zhì)受限在納米空間中的行為的最好的“微型實(shí)驗(yàn)室”。不同領(lǐng)域的研究者們提出各種各樣的納米泵的新奇設(shè)想。在本文中,我們根據(jù)棘輪理論設(shè)計(jì)了一個(gè)基于碳納米管的納米水泵模型,并利用在碳納米管壁偏離中點(diǎn)的位置施加一個(gè)周期性的機(jī)械振動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)納米管中的水。我們用分子動(dòng)力學(xué)模擬重點(diǎn)研究了在納米管壁不同位置的機(jī)械振動(dòng)對(duì)水泵中的定向流的影響,在受限分子水平上進(jìn)一步研究了水分子以及定向流量的一些性質(zhì)。另一方面,能源問(wèn)題一直困擾著人類,傳統(tǒng)的石化能源越用越少,可燃冰作為一種清潔新能源逐漸進(jìn)入人們的視野。雖然可燃冰的概念提出很早,但對(duì)可燃冰的模擬研究是近十年興起的,主要研究其成核過(guò)程。如果將可燃冰置于納米空間中,并加上電場(chǎng),它們會(huì)有怎么樣不同的成核過(guò)程?這是我們論文后半部分討論的內(nèi)容。本文的全部?jī)?nèi)容如下：第一章 主要介紹了研究背景、模擬內(nèi)容與模擬方法,包括關(guān)于納米技術(shù)、納米水泵和可燃冰的知識(shí)背景與一系列最前沿的研究現(xiàn)狀。第二章 簡(jiǎn)略的介紹了分子動(dòng)力學(xué)的基本概念,這其中包括本文主要采用的GROMACS軟件的介紹,及分子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史、基本原理、運(yùn)動(dòng)方程的求解、勢(shì)函數(shù)和力場(chǎng)、系綜、周期性邊界條件、分子動(dòng)力學(xué)模擬流程及優(yōu)劣勢(shì)等。第三章 運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法,在GROMACS軟件下,根據(jù)棘輪理論設(shè)計(jì)了一個(gè)基于碳納米管的納米水泵,通過(guò)在碳納米管壁上施加機(jī)械振動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)納米管中的水,重點(diǎn)研究了在納米管壁不同位置的機(jī)械振動(dòng)對(duì)水泵中的定向流的影響。第四章 建立一系列帶不同電荷量的碳納米平板,在240K溫度下模擬甲烷水合物結(jié)冰,并研究其中甲烷分子與水分子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),為可燃冰的研究與勘探提供理論支持。第五章 總結(jié)與展望,指出不足與改進(jìn)之處。
【關(guān)鍵詞】：納米水泵 碳納米管 碳納米技術(shù) 甲烷水合物 分子動(dòng)力學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O623.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 模擬內(nèi)容11
• 1.3 模擬方法11-13
• 第二章 分子動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介13-26
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史13-14
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)基本原理14-15
• 2.3 粒子運(yùn)動(dòng)方程的求解15-17
• 2.3.1 Verlet算法的求解15-16
• 2.3.2 Leap-frog算法的求解16-17
• 2.4 模擬中的勢(shì)函數(shù)與力場(chǎng)17-20
• 2.4.1 非鍵相互作用(Enobond)18-20
• 2.4.2 成鍵相互作用(Ebond)20
• 2.5 分子動(dòng)力學(xué)的系綜20-22
• 2.5.1 微正則系綜(N,V,E)21
• 2.5.2 正則系綜(N,V,T)21-22
• 2.5.3 等溫等壓系綜(N,P,T)22
• 2.6 周期性邊界條件22-23
• 2.7 分子動(dòng)力學(xué)模擬流程23-24
• 2.8 分子動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)和限制24
• 2.9 GROMACS簡(jiǎn)介24-26
• 第三章 納米水泵中的定向流26-32
• 3.1 引言26
• 3.2 系統(tǒng)構(gòu)建與模擬方法26-28
• 3.3 結(jié)果與討論28-31
• 3.4 小結(jié)31-32
• 第四章 受限電場(chǎng)條件下甲烷水合物的相變32-40
• 4.1 引言32-33
• 4.2 模型和主要參數(shù)33-35
• 4.3 模擬結(jié)果和討論35-38
• 4.4 結(jié)論38-40
• 第五章 總結(jié)和展望40-41
• 參考文獻(xiàn)41-44
• 碩士期間發(fā)表的論文44-45
• 致謝45-47

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：599111