碳纳米管/石墨烯与水分子相互作用的分子动力学模拟研究

发布时间：2021-03-13 21:45

　　碳纳米管/石墨烯具有良好的力学、电学性质,其与水的相互作用广泛应用于药物疏运、海水淡化、离子交换等。本文采用分子动力学的方法研究碳纳米管/石墨烯与水的相互作用,分析曲率对受限水分子排布及运动的影响,发现液滴能引起碳纳米管的坍塌并分析其物理机理,探究纳米尺度下影响液滴融合的因素。本论文包括以下三个方面:发现曲率影响受限水分子的排布及扩散运动。采用分子动力学模拟,通过改变双壁碳纳米管的间距,可调控水分子形成单层、双层及三层水层结构。此外,曲率使水分子在沿着碳纳米管轴向、环向运动表现出各向异性,电场条件下曲率能够将水由液态转变成固态。因此,可以通过改变双壁碳纳米管/双层石墨烯间距形成不同的水层结构,曲率及电场可调控水分子的运动及排布规律。发现液滴通过毛细作用进入碳纳米管后,其表面张力可使碳纳米管发生很大变形,甚至发生屈曲坍塌。通过理论模型分析,分子动力学模拟及有限元方法计算,研究了不同管径、管长碳纳米管屈曲的临界外力,发现碳纳米管屈曲的临界外力与管长成正比,与碳纳米管半径的立方成反比,解释了液滴进入碳纳米管后使碳纳米管坍塌的原因。采用分子动力学方法模拟了纳米尺度下两个相同液滴的融合过程。通过... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 本论文研究的目的和意义
    1.2 碳纳米管/石墨烯与水的相互作用
        1.2.1 纳米尺度水分子与平面基底相互作用形成的特殊结构
        1.2.2 碳纳米管/石墨烯与水的相互作用
        1.2.3 液滴融合
    1.3 论文主要内容
第2章 曲率对受限水扩散及排布的影响
    2.1 引言
    2.2 计算模型及分析方法
    2.3 结果分析与讨论
        2.3.1 双壁碳纳米管间距与水层结构的关系
        2.3.2 曲率对单层水扩散及排布的影响
        2.3.3 曲率对双层水扩散及排布的影响
        2.3.4 电场作用下曲率对水扩散及排布的影响
        2.3.5 双壁碳纳米管间距对单-双层水扩散及排布的影响
    2.4 结论
第3章 水引起碳纳米管的坍塌
    3.1 引言
    3.2 计算方法与模型
        3.2.1 分子模拟方法
        3.2.2 回转半径及几何因子
    3.3 结果与分析
        3.3.1 水滴引起碳纳米管的坍塌
        3.3.2 碳纳米管屈曲的临界力模型
        3.3.3 分子动力学计算碳纳米管屈曲的临界力
        3.3.4 有限元计算计算碳纳米管屈曲的临界外力
        3.3.5 计算结果分析
    3.4 结论
第4章 探究影响液滴融合的因素
    4.1 引言
    4.2 计算模型与方法
    4.3 结果分析与讨论
        4.3.1 液滴间距对液滴融合的影响
        4.3.2 接触角对液滴融合的影响
        4.3.3 基底的长宽比对液滴融合的影响
        4.3.4 基底的刚度对液滴融合的影响
        4.3.5 基底的曲率对液滴融合的影响
    4.4 结论
总结
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]生物大分子自组织坍塌行为的研究[J]. 李德昌,季葆华,黄永刚,黄克智.  医用生物力学. 2007(01)



本文编号：3080964