【摘要】：在科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的21世紀(jì),分子模擬在各科學(xué)領(lǐng)域所發(fā)揮的作用越來越大,利用分子模擬可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)和補(bǔ)充。本論文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬(MD)方法,針對(duì)甲烷水合物的合成機(jī)理及石墨烯的表面潤(rùn)濕性,開展了一系列的理論計(jì)算研究,論文主要包括兩個(gè)研究?jī)?nèi)容:一是甲烷水合物的生長(zhǎng)及抑制機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)模擬;二是水在石墨烯表面的潤(rùn)濕性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)模擬。在論文的第一部分中,我們運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)甲烷水合物的生長(zhǎng)過程進(jìn)行了模擬探究,模擬過程中,主要考慮兩個(gè)因素的影響:一是甲烷的濃度,二是考慮海水中常見的離子如Na+、Mg2+和Cl-。構(gòu)建模擬所需的五個(gè)初始結(jié)構(gòu),每一個(gè)結(jié)構(gòu)模型的混合相中含有不同濃度的甲烷分子,水分子采用的是TIP4P-EW模型,甲烷分子采用OPLS-AA模型,而為了描述水分子和甲烷分子之間的相互作用,我們引入了Lennard-Jones 12-6勢(shì)。為了得到合理的結(jié)果,對(duì)于每一個(gè)初始模型,整個(gè)模擬過程分別在特定的溫度276.0 K和不同的壓強(qiáng)(15.0,25.0,35.0,45.0 MPa)條件下進(jìn)行,得到各自的軌跡文件。在對(duì)軌跡文件進(jìn)行分析時(shí),固液界面起到了很重要的作用,論文中用角度序參數(shù)來確定界面的位置,根據(jù)界面位置的變化可以知道水合物厚度隨時(shí)間的變化,得出結(jié)論:當(dāng)體系中混合物相甲烷的摩爾濃度與結(jié)構(gòu)I型水合物中甲烷的摩爾濃度接近時(shí),水合物的生成速率最大。由于水合物實(shí)際存在的環(huán)境大多是海水中,而海水中含有大量的離子,在此我們對(duì)有離子存在時(shí)甲烷水合物的生長(zhǎng)過程進(jìn)行簡(jiǎn)單地模擬。依據(jù)海水中幾種主要離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),我們?cè)谥暗某跏寄Ｐ椭屑尤脞c離子、鎂離子和氯離子,然后按照上述過程進(jìn)行模擬,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)加入離子后,對(duì)應(yīng)體系的水合物生長(zhǎng)速率明顯減小,即離子的存在會(huì)抑制水合物的生長(zhǎng)。本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)于我們開發(fā)利用甲烷水合物這一新能源有較重要的意義和參考價(jià)值。在論文的第二部分中,我們運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法對(duì)水在石墨烯表面的潤(rùn)濕性質(zhì)進(jìn)行了模擬探究,模擬過程中,在一定范圍內(nèi)不斷變化石墨烯中碳碳鍵的鍵長(zhǎng),觀察水滴在石墨烯表面接觸角的變化情況。構(gòu)建含有不同碳碳鍵長(zhǎng)石墨烯的初始模型,水分子采取TIP4P-EW模型,模擬過程中同樣引入Lennard-Jones12-6勢(shì)來描述石墨烯中的碳原子和水分子中的氧原子之間的相互作用,在計(jì)算體系中水滴和石墨烯的相互作用時(shí),石墨烯界面固定以簡(jiǎn)化計(jì)算提高效率。為了得到接觸角的相關(guān)信息,我們對(duì)分子動(dòng)力學(xué)模擬的軌跡文件進(jìn)行分析,通過平衡狀態(tài)時(shí)水滴的密度分布情況勾畫出水滴的輪廓圖來測(cè)量接觸角的大小,結(jié)果證明隨著碳碳鍵長(zhǎng)增加石墨烯的表面潤(rùn)濕性減小。整個(gè)體系作為研究固體表面潤(rùn)濕性的典型模型,是表面化學(xué)中最基本的研究?jī)?nèi)容,相關(guān)的密度分布、水滴輪廓及接觸角測(cè)量均為探索液體在固體表面的潤(rùn)濕行為的基本數(shù)據(jù)信息。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE31;O647.5

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本文編號(hào)：2469149