气体在纳米水层中扩散的理论研究

发布时间：2021-10-23 02:54

　　气体通过纳米水层的扩散过程在物理、化学、生物、环境、工程等领域都具有广泛的应用基础和前景。气体的整个扩散过程主要可以分为几个部分,即吸附、溶解、内扩散以及脱附。普遍的观点认为,影响气体通过纳米水层扩散效率的因素有两个:一个是气体分子在水层中的溶解度,另外一个是气体分子在水层中的扩散速度。目前,针对气体通过纳米水层扩散过程的研究,主要集中在如何提高其扩散效率上。虽然研究成果显著,但是还存在着大量悬而未决的基础科学问题。因此,探究影响气体通过纳米水层扩散效率的因素,进而提出有利于提高气体扩散效率的可行性方案,具有重要的学术价值和指导意义。针对上述的问题,本文采用分子动力学模拟的方法,对气体通过纳米水层的扩散行为进行了研究。我们指出:亲疏水pattern的Janus颗粒可以在纳米水层中通过自组装形成连续的疏水通道结构;这种连续的疏水通道结构可以有效地帮助气体通过纳米水层,从而提高气体通过水层的扩散效率。并且,在这个工作的基础上,我们也考虑了盐离子对气体通过纳米水层扩散效率的影响。主要内容如下:纳米水层的存在往往会导致气体扩散效率的急剧下降。例如,在地下气藏资源的开采过程中,由于微观毛细力的存... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

亲水纳米缝隙之间的纳米水层

贴附在内部的管壁上，另外一种是如图所示悬挂在管壁之间，他们还米水层在透射电子显微镜（TEM）的电子束辐照下是超稳定存在纳米水层也存在于材料的内部，包括氧化石墨烯[5-7]、石墨烯[8, 9料片层之间[10-12]、氧化石墨烯膜与云母基底之间[13]，以及原子FM）针尖与探测的材料表面之间等[14, 15]。图 1.1 亲水纳米缝隙之间的纳米水层Figure 1.1 Nano-scale water layer confined in the nano-cerive

图 1.3 气体扩散通过含有离子溶液的氧化石墨烯膜 1.3 Diffusion of gas through graphene oxide membrane confining with the ionic liq体通过纳米水层的扩散过程，通常需要经过吸附、溶解、内扩散以及步骤来进行。相比于气体的自由扩散过程，纳米水层的存在会极大地扩散。因此，如何提高气体通过纳米水层的扩散效率是目前研究的重方法们采用了分子动力学模拟方法来研究本课题内容。分子动力学模拟是顿力学来模拟分子体系运动的方法。它通过计算体系中的原子受到的速度、位移，得到整个体系的演化规律，从平衡态的体系中抽取样本性质做统计。得益于近些年计算能力的大幅提升，目前我们能够计算


本文编号：3452336