应用可极化的水分子模型探索受限冰—水体系的介电性质
发布时间：2020-12-11 15:15
受限条件下水的介电性质在电化学和能量存储等发面有着至关重要的作用,且不同受限条件,如:受限尺寸、受限温度等对其性质有着强烈的影响。然而,由于实验条件限制,到目前为止,很少有人在实验上能够精确报道超高限制条件下的水的介电性质,且很多模拟计算关于受限水介电性质的报道均采用的是刚性不极化的水势。本论文提出了一套基于极化水势研究纳米尺度受限水介电性质的模拟计算分析方法,使用该套方法,我们模拟了刚性固定电荷偶极矩SPC/E水模型和极化水模型SWM4-NDP在不同温度下受限在0.65nm尺寸、5000bar限制压强的单分子层冰（水）体系,我们分析了不同体系的结构性质和介电性质,通过计算结构因子、极化水模型的偶极矩分布、计算不同温度下的介电张量、径向偶极偶极空间关联函数等;我们发现:由于受限,体系在x、y和z方向有强烈的各向异性;两种水分子模型在描述受限体系静态物相结构性质的时候效果一样;但该极化水模型描述受限水电极化动力学性质方面相较于SPC/E水模型有着明显的优势,我们推断该极化水模型在研究涉及受限水离子输送、结构相变和溶剂化动力学过程是比传统的SPC/E水模型更佳的选择。
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外加电压为11kV时，水的极性演示
华东师范大学硕士学位论文3图1.2水的相图。来自Wikipedia。Figure1.2Phasediagramofwater.FromWikipedia.1.2受限水的研究现状三维空间中的水尚且如此复杂，当水被限制在狭窄的空间范围内时它的一系列性质和热力学行为更为让人着迷。了解限域条件下水的结构动力学对生命环境科学、凝聚态物理和纳米流体学等领域的进一步发展都至关重要[17][18]。例如：水扩散到纳米孔中的方式定义了蛋白质和膜的功能[19]；界面第一层水的结构精确地解释了腐蚀、流体流动、催化、润滑和界面化学等微观现象[20][21][22][23][24]；水的边界滑移机理在纳米流体学至关重要[25]；层状二维材料中残余的水会诱导电子掺杂从而影响电子性能，进而影响器件的功能[26][27]。纳米尺度的水也广泛存在于颗粒、多孔材料、细胞内以及细胞周围。在生命
华东师范大学硕士学位论文4体系，水分子参与的蛋白质通道内离子输运的过程中，它在信号传递、能量转换、点位调控、物质交换中都发挥了极为重要的作用[28][29][30]；在环境领域，对海水和污水进行处理净化的过程中，水分子在反渗透膜及碳纳米管中的输运性质关系着能否大大降低成本，减小能耗；在材料科学领域，潮湿环境下金属的表面腐蚀以及水参与的化学反应过程中，水起着促进、延缓甚至抑制的作用。当水被限制时，氢键网络能量最小化、它与相对较大腔表面的作用以及量子相干的可能性和可用空间内的拟合存在冲突。限域下的水的物理性质和状态可以根据空腔表面的分子特性、约束尺寸以及温度和压力的变化而广泛的变化。因此限域下的水的性质很难预测，它表现出的性质和块体水的性质有很大的不同。并且随着限域条图1.3纳米尺度的水分别在生物、环境、材料领域中的应用；(a)为氧化石烯通过水分子将磷脂分子的亲水端―拉‖出细胞膜的磷脂双分子层结构;(b)低潮湿环境下硅量子点表面的双频带荧光;(c)风吹条件下，盐溶液在高序热裂解石(HOPG)表面形成带电的纳米盐溶液薄层。Figure1.3Applicationofnanoscalewaterinbiology,environmentandmaterialfieldsrespectively;(a)thestructureofphospholipidbimolecularlayerthatoxirane"pulls"thehydrophilicendofphospholipidmoleculeoutofcellmembranethroughwatermolecule;(b)thedualbandfluorescenceonthesurfaceofsiliconquantumdotsinlowhumidityenvironment;(c)Undertheconditionofwindblowing,athinlayerofchargednanosaltsolutionwasformedonthesurfaceofhighorderpyrolyzedgraphite(HOPG).件的变化，它表现出的性质和相行为也不断变化[31]。科学家们渐渐意识到人们
【参考文献】：
期刊论文
[1]限域单分子层冰-水两相平衡体系的分子动力学模拟[J]. 杜涵,梁洪涛,杨洋. 化学学报. 2018(06)
本文编号：2910758
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外加电压为11kV时，水的极性演示
华东师范大学硕士学位论文3图1.2水的相图。来自Wikipedia。Figure1.2Phasediagramofwater.FromWikipedia.1.2受限水的研究现状三维空间中的水尚且如此复杂，当水被限制在狭窄的空间范围内时它的一系列性质和热力学行为更为让人着迷。了解限域条件下水的结构动力学对生命环境科学、凝聚态物理和纳米流体学等领域的进一步发展都至关重要[17][18]。例如：水扩散到纳米孔中的方式定义了蛋白质和膜的功能[19]；界面第一层水的结构精确地解释了腐蚀、流体流动、催化、润滑和界面化学等微观现象[20][21][22][23][24]；水的边界滑移机理在纳米流体学至关重要[25]；层状二维材料中残余的水会诱导电子掺杂从而影响电子性能，进而影响器件的功能[26][27]。纳米尺度的水也广泛存在于颗粒、多孔材料、细胞内以及细胞周围。在生命
华东师范大学硕士学位论文4体系，水分子参与的蛋白质通道内离子输运的过程中，它在信号传递、能量转换、点位调控、物质交换中都发挥了极为重要的作用[28][29][30]；在环境领域，对海水和污水进行处理净化的过程中，水分子在反渗透膜及碳纳米管中的输运性质关系着能否大大降低成本，减小能耗；在材料科学领域，潮湿环境下金属的表面腐蚀以及水参与的化学反应过程中，水起着促进、延缓甚至抑制的作用。当水被限制时，氢键网络能量最小化、它与相对较大腔表面的作用以及量子相干的可能性和可用空间内的拟合存在冲突。限域下的水的物理性质和状态可以根据空腔表面的分子特性、约束尺寸以及温度和压力的变化而广泛的变化。因此限域下的水的性质很难预测，它表现出的性质和块体水的性质有很大的不同。并且随着限域条图1.3纳米尺度的水分别在生物、环境、材料领域中的应用；(a)为氧化石烯通过水分子将磷脂分子的亲水端―拉‖出细胞膜的磷脂双分子层结构;(b)低潮湿环境下硅量子点表面的双频带荧光;(c)风吹条件下，盐溶液在高序热裂解石(HOPG)表面形成带电的纳米盐溶液薄层。Figure1.3Applicationofnanoscalewaterinbiology,environmentandmaterialfieldsrespectively;(a)thestructureofphospholipidbimolecularlayerthatoxirane"pulls"thehydrophilicendofphospholipidmoleculeoutofcellmembranethroughwatermolecule;(b)thedualbandfluorescenceonthesurfaceofsiliconquantumdotsinlowhumidityenvironment;(c)Undertheconditionofwindblowing,athinlayerofchargednanosaltsolutionwasformedonthesurfaceofhighorderpyrolyzedgraphite(HOPG).件的变化，它表现出的性质和相行为也不断变化[31]。科学家们渐渐意识到人们
【参考文献】：
期刊论文
[1]限域单分子层冰-水两相平衡体系的分子动力学模拟[J]. 杜涵,梁洪涛,杨洋. 化学学报. 2018(06)
本文编号：2910758
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