基于自建力場(chǎng)的離子液體機(jī)械性能研究
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《吉林大學(xué)》 2015年
基于自建力場(chǎng)的離子液體機(jī)械性能研究
陳思言
【摘要】:本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“微納流道內(nèi)聚合物刷與流體相互作用的多尺度模擬和實(shí)驗(yàn)研究(51175223)”的一部分內(nèi)容。作為一種具有獨(dú)特理化特性的有機(jī)鹽類,離子液體引起了科研界與工業(yè)界的持續(xù)關(guān)注。鑒于計(jì)算機(jī)模擬研究的需要,我們開(kāi)發(fā)了一款基于自建全原子力場(chǎng)框架的全自動(dòng)力場(chǎng)開(kāi)發(fā)器。在實(shí)踐中,這種基于量子力學(xué)計(jì)算的新型全原子力場(chǎng)取得了良好的計(jì)算效果。借助自建力場(chǎng)的幫助,我們采用分子動(dòng)力學(xué)方法,對(duì)幾個(gè)在工業(yè)應(yīng)用中具有代表的離子液體體系進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。基于模擬結(jié)果,我們對(duì)這些體系的流體結(jié)構(gòu)和以粘度為代表的流動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。我們發(fā)現(xiàn),環(huán)境因素(溫度、壓力)與流體主觀因素(分子結(jié)構(gòu)與內(nèi)含雜質(zhì))對(duì)上述機(jī)械性能存在影響。進(jìn)而,我們對(duì)造成這些現(xiàn)象的力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探討。由于離子液體高度的可設(shè)計(jì)性與相對(duì)較低的成本,離子液體在工業(yè)中正扮演著越來(lái)越重要的角色。鑒于離子液體在超潤(rùn)滑、活性電極材料和機(jī)械操作流體等方面取得的成就,我們有理由相信,離子液體在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用必會(huì)日漸繁榮。因此,我們的研究具有較大的應(yīng)用價(jià)值與重要的科學(xué)意義。 具體而言,本文主要包括以下三個(gè)研究?jī)?nèi)容: 1、在系統(tǒng)探討了主流分子力場(chǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)之后,我們改進(jìn)了現(xiàn)有力場(chǎng)的框架,開(kāi)發(fā)出一種全自動(dòng)的力場(chǎng)開(kāi)發(fā)器。通過(guò)引入1-n作用、動(dòng)態(tài)相角和計(jì)算電荷,我們大幅提高了分子力場(chǎng)的精度,使分子力學(xué)與量子力學(xué)的計(jì)算結(jié)果高度吻合。通過(guò)優(yōu)化力場(chǎng)開(kāi)發(fā)流程、引入全新的構(gòu)象微擾方式,我們的力場(chǎng)開(kāi)發(fā)器可以忽略分子結(jié)構(gòu),為給定分子提供高精度力場(chǎng),成為我們后續(xù)工作的有力保障。 2、為了模擬離子液體在染料敏化太陽(yáng)能電池中的情況,基于自建力場(chǎng),我們研究了烷基咪唑—六氟磷酸根離子液體與石墨烯的相互作用,發(fā)現(xiàn)了此類離子液體—納米碳材料復(fù)合物的流體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過(guò)研究,,我們發(fā)現(xiàn),石墨烯板的間距和環(huán)境溫度對(duì)這類體系的流體結(jié)構(gòu)存在影響。其中,石墨烯板間距的影響是決定性的。此外,我們還發(fā)現(xiàn),離子液體—納米碳材料復(fù)合物的形成是一種自組裝過(guò)程。而這種行為的觸發(fā),并非是由于業(yè)界普遍認(rèn)為的π π作用。 3、為了模擬離子液體在機(jī)械潤(rùn)滑中的情況,基于自建力場(chǎng),我們研究了烷基咪唑—六氟磷酸根類離子液體在不同環(huán)境下的流體結(jié)構(gòu)和流動(dòng)性能。在研究中,我們發(fā)現(xiàn),離子液體的流體結(jié)構(gòu)受環(huán)境因素的影響較小。與之相反,對(duì)離子液體而言,溫度與壓力可以對(duì)以粘度為代表的流動(dòng)性能造成顯著影響,其良好的溫粘性使其成為機(jī)械潤(rùn)滑劑的理想選擇。此外,我們還發(fā)現(xiàn),陽(yáng)離子烷基鏈的長(zhǎng)度也會(huì)對(duì)離子液體的流動(dòng)性能產(chǎn)生影響。 相應(yīng)的,本文的創(chuàng)新點(diǎn)如下: 1、完成從量子力學(xué)計(jì)算開(kāi)始的、具有良好自洽性的完整全原子力場(chǎng)的開(kāi)發(fā),并借助fortran和shell腳本語(yǔ)言,自主開(kāi)發(fā)了一款可全自動(dòng)運(yùn)行的、特異性分子力場(chǎng)生成器。 2、對(duì)業(yè)界成功應(yīng)用近20年的分子力場(chǎng)框架進(jìn)行修正,通過(guò)引入1-n相互作用,證明原有通用性全原子力場(chǎng)的適用性小于業(yè)界的普遍觀點(diǎn),指出其許多運(yùn)算誤差實(shí)際上是源于力場(chǎng)框架的缺陷而非力場(chǎng)參數(shù)本身的粗糙。 3、將這一自建的特異性全原子力場(chǎng)應(yīng)用到離子液體的研究之中,對(duì)離子液體與石墨烯相互作用、純凈離子液體相互作用進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)了離子液體流體結(jié)構(gòu)關(guān)于石墨烯間距的依賴性和離子液體流動(dòng)性能對(duì)溫度、壓力及分子結(jié)構(gòu)的依賴性。 這些研究都為離子液體在機(jī)械領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用給出指導(dǎo)性建議。
【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:O561
【目錄】:
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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條
1 王金華;類石墨烯納米片和模型體系的理論研究[D];吉林大學(xué);2010年
2 廖清;石墨烯及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和性質(zhì)研究[D];浙江大學(xué);2011年
3 謝月娥;石墨烯納米結(jié)構(gòu)電子輸運(yùn)的調(diào)制[D];湘潭大學(xué);2011年
4 袁建輝;石墨烯中的電子及其輸運(yùn)性質(zhì)的研究[D];華中科技大學(xué);2012年
5 徐華;石墨烯界面電荷轉(zhuǎn)移的拉曼光譜研究[D];蘭州大學(xué);2012年
6 徐宇曦;功能化石墨烯的制備、組裝及其應(yīng)用[D];清華大學(xué);2011年
7 康朝陽(yáng);碳化硅、藍(lán)寶石與銅箔表面石墨烯的生長(zhǎng)和表征研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年
8 李占成;高質(zhì)量石墨烯的可控制備[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年
9 呂偉;石墨烯的宏量制備、可控組裝及電化學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2012年
10 江林海;石墨烯負(fù)載納米復(fù)合材料的制備及其性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2013年
中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條
1 同鑫;石墨烯的制備及其復(fù)合電極材料儲(chǔ)鋰性能研究[D];西北大學(xué);2011年
2 呂翔;石墨烯的制備及高分子改性[D];武漢理工大學(xué);2011年
3 杜欣;可流動(dòng)石墨烯的制備及其特性研究[D];武漢理工大學(xué);2011年
4 謝聲意;還原石墨烯氧化物的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2011年
5 鄒燕;功能化石墨烯氣敏特性的理論研究[D];曲阜師范大學(xué);2011年
6 郭曉曉;單層石墨烯超晶格中的輸運(yùn)特性和散粒噪聲[D];河北師范大學(xué);2011年
7 韓超群;石墨烯在不平整表面上吸附的分子動(dòng)力學(xué)研究[D];華東師范大學(xué);2011年
8 周靜;氧化石墨烯和石墨烯的制備、表征與應(yīng)用[D];南京大學(xué);2011年
9 王寬;石墨烯的室溫簡(jiǎn)易制備及其電容性能研究[D];陜西師范大學(xué);2011年
10 廖旭;石墨烯摩擦性質(zhì)研究[D];電子科技大學(xué);2011年
本文關(guān)鍵詞:基于自建力場(chǎng)的離子液體機(jī)械性能研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號(hào):202092
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