磁感应热疗纳米颗粒释热特性的分子动力学研究

发布时间：2017-06-06 19:25

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【摘要】：在磁感应热疗技术中,以磁纳米颗粒作为热介质,利用其吸收外加磁场能量转化为热能释放到生物体内进行热疗,能大大改善传统热疗达不到治疗温度的状况,提高治疗效果。目前关于磁感应热疗中纳米颗粒的研究大部分集中在纳米颗粒的制备及外加磁场发生器的研究上,对磁纳米颗粒提高热疗温度机理的研究多数也是从宏观的实验方法着手,因此,本文利用分子动力学模拟方法,从微观角度来研究磁感应热疗中纳米颗粒的释热特性是很有意义的。影响磁纳米颗粒释热的因素有很多,本文根据分子动力学模拟原理,通过分析磁纳米颗粒在外加磁场作用下的受力,得到磁纳米颗粒在磁感应热疗中的物理模型,根据所得物理模型,利用Materials Studio软件和lammps软件建立了分子模拟模型,选取目前在磁感应热疗中应用较为普遍的Fe材料及Fe_3O_4材料作为磁性纳米颗粒材料,模拟研究磁纳米颗粒在不同磁纳米颗粒材料、粒径、形状、浓度及不同外加磁场强度条件下的释热特性,发现在磁感应热疗中,体系最后达到的平衡温度随纳米颗粒浓度和外加磁场强度的增大而增大,体系达到平衡温度所需时间也与磁纳米颗粒浓度和外加磁场强度正相关。在相同体积浓度下,比表面积越大的磁纳米颗粒形状体系中所含的高能原子数越多,最后能达到的平衡温度越高。
【关键词】：磁感应热疗 纳米颗粒 分子动力学 平衡温度 磁场强度
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R454.1;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第1章 绪论7-15
• 1.1 研究背景7-8
• 1.2 国内外研究进展8-13
• 1.2.1 磁纳米颗粒的应用研究进展8-10
• 1.2.2 磁纳米颗粒的理论研究进展10-11
• 1.2.3 磁纳米颗粒的数值模拟研究进展11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 分子动力学模拟方法15-27
• 2.1 分子动力学模拟基本原理15-16
• 2.2 势函数16-18
• 2.2.1 Lennard-Jones势函数16-17
• 2.2.2 SPCE势17
• 2.2.3 EAM势17-18
• 2.3 牛顿运动方程的数值解法18-20
• 2.3.1 Verlet算法18-19
• 2.3.2 Leap-frog算法19
• 2.3.3 Velocity-Verlet算法19
• 2.3.4 预测矫正法Gear Predictor-Corrector19-20
• 2.4 边界条件20-22
• 2.4.1 周期性边界条件20-21
• 2.4.2 非周期性边界条件21-22
• 2.5 系综原理22-24
• 2.5.1 微正则系综23
• 2.5.2 正则系综23
• 2.5.3 NPT系综及NPH系综23-24
• 2.6 初始设定及计算24-25
• 2.6.1初始设定24-25
• 2.6.2 初始计算25
• 2.7 MD模拟软件25-27
• 第3章 物理模型及分子模拟模型建立27-42
• 3.1 磁纳米颗粒在磁场中的物理模型27-32
• 3.1.1 范德华力27-29
• 3.1.2 磁性粒子间磁力29-30
• 3.1.3 磁性粒子受到外磁场作用力30-31
• 3.1.4 磁性粒子其他受力31-32
• 3.2 模拟模型的建立32-42
• 3.2.1 Fe纳米颗粒材料的模拟模型建立32-40
• 3.2.2 Fe_3O_4纳米颗粒材料的模拟模型建立40-42
• 第4章 模拟结果及分析42-53
• 4.1 Fe纳米颗粒的模拟结果42-45
• 4.2 Fe_3O_4纳米颗粒的模拟结果45-47
• 4.3 Fe材料与Fe_3O_4材料纳米颗粒的模拟结果分析47-53
• 第5章 结论与展望53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-62
• 附录62-63

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本文编号：427336