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非平衡态自组装中的三维非密堆结构

发布时间:2021-08-29 12:11
  非密堆结构,例如钻石晶格结构,是一类拥有低堆积密度的材料。随着光子技术的发展,具有可见光波长大小的(胶体大小尺度的)单元以立方钻石晶格堆积形成的非密堆结构被发现可以拥有完全的三维光子带隙,于是被认为是一种理想的光子晶体材料。然而,胶体之间没有分子尺度下的共价键或是氢键的作用。一般情况下,在低浓度的胶体溶液中,疏松的堆积空间以及非密堆结构的力学不稳定性都导致了非密堆结构很难通过自发结晶形成。最近,人们发现引入随时间振荡的相互作用的体系可以进入一种非平衡稳态,同时这种情况下可能产生一些在固定相互作用的情况下所得不到的重要的有序结构。由这种非平衡态的手段的启发,也称做耗散自组装的方法,我们寻求利用相似的手段找到一种可能的合成三维非密堆结构的技术,并且试图去理解这些现象背后的本质。本文中,我们利用数值模拟,将振荡溶液pH的方法应用到三维的正负带电粒子混合的溶液体系中,其中粒子的带电量受溶液的pH值影响,并且我们研究了这些体系对应产生的行为。首先,我们利用开源的LAMMPS代码,将过阻尼的朗之万动力学与NPT系综相结合,以此来更好地研究忽略边界效应的材料内部的行为。我们将这种模拟方法应用到了二维... 

【文章来源】:南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:78 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 光子晶体
        1.1.1 简介
        1.1.2 三维光子晶体
    1.2 非密堆结构
    1.3 三维非密堆光子晶体制备的研究进展
        1.3.1 利用带电纳米粒子的自组装
        1.3.2 表面补丁胶体的自组装
        1.3.3 利用支撑晶格的自组装
    1.4 非平衡态自组装
    1.5 本文的主要内容
第二章 带电胶体模型与模拟方法
    2.1 朗之万动力学
        2.1.1 自由粒子速度的朗之万方程
        2.1.2 随机力的时间关联
    2.2 带电胶体间的相互作用
        2.2.1 Lennard-Jones相互作用
        2.2.2 LJ约化单位制
        2.2.3 屏蔽Coulomb相互作用
    2.3 模拟系综的选择
    2.4 溶液pH震荡的引入
    2.5 晶体结构的表征方法
        2.5.1 径向分布函数
        2.5.2 键角序参量
    2.6 模拟方法的验证
        2.6.1 pH振荡体系在二维的非平衡态自组装
        2.6.2 三维带电体系的平衡态自组装
第三章 三维体系中的非平衡态自组装
    3.1 等效相互作用分析
    3.2 正负带电体系在不同pH振荡条件A下的模拟
        3.2.1 石墨状混合结构
        3.2.2 桥接的石墨状结构
        3.2.3 两种钻石结构
        3.2.4 收缩的钻石结构
        3.2.5 简单立方结构
        3.2.6 小结
    3.3 正负带电体系在不同相互作用强度U_m下的模拟
    3.4 Madelung晶格能的分析
    3.5 无序结构中一些现象的讨论
        3.5.1 相互作用强度比对无序结构的影响
        3.5.2 非单调的扩散变化现象
第四章 总结与展望
参考文献
科研成果
致谢



本文编号:3370634

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