基于分子动力学理论的地聚合物微结构、力学性能及界面吸附特性研究

发布时间：2022-01-01 17:46

　　地聚合物是一种低能耗、低碳环保的建筑材料,具有优良的耐酸碱腐蚀、耐高温、耐火性能和良好的机械性能,已成为建筑材料和固核固废材料领域的研究热点。水化硅铝酸钠（NASH）凝胶是地聚合物的主要粘结相,它决定了地聚合物的力学性能、耐久性能和固废能力。但是由于NASH凝胶的无定形性,分子结构的复杂性,其基础研究尚不完善。本文主要采用分子动力学方法,构建NASH凝胶分子结构模型,并将该模型推广应用于NASH凝胶力学性能及界面吸附特性研究,本文的主要研究内容如下:（1）通过高温淬火模拟和巨正则系综蒙特卡罗方法构建了不同Na/Al比的NASH凝胶分子结构模型,并分析了NASH凝胶的微结构特征。NASH凝胶在纳米尺度上具有无规则的三维网状结构,硅元素和铝元素通过桥接氧原子相连接并形成以四面体为主要结构的硅铝骨架。NASH凝胶中的钠离子主要与硅氧四面体或铝氧四面体中的氧原子和羟基形成4～7个配位。钠离子分布在硅铝酸盐骨架空腔内,起到了电荷平衡的作用。随着Na/Al比的增加,硅铝骨架周围的钠离子增多,过多的钠离子使NASH凝胶由完整的网状结构转变为含有部分缺陷的分支结构。NASH凝胶中的水分子存在两种形式,... 

【文章来源】：青岛理工大学山东省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

周期性边界条件的二维示意图

青岛理工大学工程硕士学位论文9性的物理量，通过偶极矩可以探究结构界面与水分子之间的关系。配位数通过统计表征原子或离子周围的其他原子或离子数目，可以达到探究局部结构的目的。偶极角是用来探究界面附近水分子取向的参量，利用偶极角可以研究界面对水分子的影响。如图2.2所示，向量Vn垂直于基板，向量Vd是水分子中两个氢氧键夹角角平分线方向的向量，Φd被定义为偶极角，它是向量Vn与向量Vd的夹角。图2.2偶极角取向示意图径向分布函数的物理意义为系统的区域密度与平均密度的比，如图2.3所示，定义径向分布函数g(r)为：g(r)=dNρ4πr2dr（2-5）式中，ρ为系统的密度，N为系统的分子数目。RDF峰值的大小以及宽度可以反应出不同原子或离子之间的空间相关性。图2.3径向分布函数示意图氢键分布定量的描述了水分子之间以及水分子与结构界面的相互作用。如图2.4所示，氢键的形成满足两个条件：不同分子的O原子与H原子之间的距离小于2.45；O-O-H（受体中的O-供体中的O-供体中的H）的角度小于30°[62-64]。如果这两个条件都满

青岛理工大学工程硕士学位论文9性的物理量，通过偶极矩可以探究结构界面与水分子之间的关系。配位数通过统计表征原子或离子周围的其他原子或离子数目，可以达到探究局部结构的目的。偶极角是用来探究界面附近水分子取向的参量，利用偶极角可以研究界面对水分子的影响。如图2.2所示，向量Vn垂直于基板，向量Vd是水分子中两个氢氧键夹角角平分线方向的向量，Φd被定义为偶极角，它是向量Vn与向量Vd的夹角。图2.2偶极角取向示意图径向分布函数的物理意义为系统的区域密度与平均密度的比，如图2.3所示，定义径向分布函数g(r)为：g(r)=dNρ4πr2dr（2-5）式中，ρ为系统的密度，N为系统的分子数目。RDF峰值的大小以及宽度可以反应出不同原子或离子之间的空间相关性。图2.3径向分布函数示意图氢键分布定量的描述了水分子之间以及水分子与结构界面的相互作用。如图2.4所示，氢键的形成满足两个条件：不同分子的O原子与H原子之间的距离小于2.45；O-O-H（受体中的O-供体中的O-供体中的H）的角度小于30°[62-64]。如果这两个条件都满

【参考文献】：
期刊论文
[1]地聚合物胶凝材料缩聚反应的第一性原理研究[J]. 段建霞,李军,卢忠远,廖其龙.  人工晶体学报. 2014(09)
[2]地聚合物胶凝材料的组成设计和结构特征[J]. 张云升,孙伟,李宗津.  硅酸盐学报. 2008(S1)
[3]用IR探索地聚合物水泥硬化产物的组成和结构[J]. 张云升,孙伟,贾艳涛,金祖权.  武汉理工大学学报. 2005(11)



本文编号：3562528