纳米孔道内分子扩散性质的分子动力学模拟

发布时间：2017-08-24 01:36

  本文关键词：纳米孔道内分子扩散性质的分子动力学模拟

  更多相关文章： 分子动力学模拟 ITQ-3分子筛 碳纳米管 扩散系数

【摘要】：当今社会,随着纳米材料在工业领域的普及,受限在纳米孔道内的分子的相关性质也逐渐开始成为人们研究的焦点,加之计算机科学的不断进步使得分子动力学模拟方法也越来越容易实现,因而本文在前人的基础上,基于分子动力学模拟的方法,研究讨论了受限在纳米孔道内的球形分子的扩散性质。首先,本文采用分子动力学模拟方法,基于过渡态理论,模拟研究了受限在具有特殊孔道结构的ITQ-3分子筛内的Ar分子的扩散系数与温度的依赖关系,模拟结果显示,低负载的情况下,Ar在ITQ-3分子筛窄孔道内的扩散系数与温度的依赖关系符合著名的Arrheinius关系。接着讨论了不同负载的SF_6在碳纳米管的扩散行为,模拟发现,在碳纳米管中,随着分子数的不断增多,SF_6的扩散系数呈现逐渐减小的趋势。另外,本文还模拟了不同组份的几种球形分子在ITQ-3中的扩散行为,研究结果显示:小分子Ar在Z方向的孔道的扩散系数随附载量的增加呈现先增大后减小的状态,而在Y方向上的宽孔道中则单调递减。随后又模拟了二元混合组份SF_6和CF_4在ITQ-3分子筛中的扩散行为,模拟结果与各自纯组份SF_6和CF_4进行了对比,发现二元混合的SF_6和CF_4整体变化趋势与其单组份保持一致,在Y方向的扩散系数都是随着负载的增加而先增大后减小,但是二者之间还存在一种相互作用,使得在整个负载范围内扩散较快的CF_4的扩散系数比单组份的扩散系数相对小一些,而单组份时扩散相对缓慢的SF_6在二元混合中的扩散系数则相对增大。
【关键词】：分子动力学模拟 ITQ-3分子筛 碳纳米管 扩散系数
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O561
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 综述9-12
• 1.1 课题的研究背景9
• 1.2 课题的国内外研究现状9-11
• 1.2.1 分子在碳纳米管内扩散的研究现状9-10
• 1.2.2 受限在分子筛中的分子的扩散的研究现状10-11
• 1.3 课题的主要内容11-12
• 第二章 分子动力学模拟方法12-26
• 2.1 分子动力学模拟简介12
• 2.2 分子动力学模拟的发展历史12-13
• 2.3 分子动力学模拟的理论基础13-19
• 2.3.1 基本原理13-14
• 2.3.2 相关算法14-17
• 2.3.3 分子间相互作用的势能函数17-19
• 2.4 分子动力学模拟的基本步骤19-21
• 2.5 周期性边界条件21-22
• 2.6 分子动力学模拟中的系综22-24
• 2.6.1 正则系综22-23
• 2.6.2 巨正则系综23
• 2.6.3 微正则系综23-24
• 2.7 分子动力学模拟的软件24-25
• 2.8 分子动力学模拟在纳米材料中的应用25-26
• 第三章 分子在纳米孔道的扩散性质26-38
• 3.1 分子在纳米孔道的扩散的意义26
• 3.2 分子筛26-32
• 3.2.1 分子筛的简介26-27
• 3.2.2 分子筛的结构及分类27-31
• 3.2.3 分子筛的性质31-32
• 3.3 碳纳米管32-33
• 3.3.1 碳纳米管的简介32
• 3.3.2 碳纳米管的结构和分类32-33
• 3.4 扩散系数的基础理论33-38
• 3.4.1 扩散的定义及分类33-34
• 3.4.2 扩散系数的计算34-36
• 3.4.3 气体的扩散系数36-38
• 第四章 6Ar、SF在纳米孔道扩散的分子动力学模拟38-45
• 4.1 前言38
• 4.2 Ar在ITQ-3 分子筛中扩散行为的分子动力学模拟38-43
• 4.2.1 球形分子在ITQ-3 分子筛中扩散的过渡态理论模型38-40
• 4.2.2 ITQ-3 分子筛的结构参数40-41
• 4.2.3 模拟方法与结果讨论41-43
• 4.4 分子动力学模拟6SF在（8，，8）碳纳米管中的扩散行为43-45
• 4.4.1 模拟方法和细节43
• 4.4.2 结果与讨论43-45
• 第五章 二元混合分子在ITQ-3 分子筛中的扩散性质45-49
• 5.1 纯组分分子在ITQ-3 分子筛中的扩散性质45-47
• 5.2 二元混合组分分子在ITQ-3 分子筛中的扩散性质47-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 6.1 全文总结49-50
• 6.2 展望50-51
• 参考文献51-55
• 攻读硕士研究生期间发表论文55-56
• 致谢56-57

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