水中热噪声的自相关和频谱特性的研究

发布时间：2024-06-05 03:29

　　设计并制造能够实现特定功能的分子机器是人类的梦想,科研人员一直朝着这个方向不断地努力,近年来,理论工作者设计出了一些能够定向地输运水分子的纳米水泵,这些纳米水泵为人类高效地进行海水淡化带来了无限地遐想。纳米水泵背后的物理机制或许能够很好地通过分子棘轮理论解释,分子棘轮的实现包含两个必要的条件,即合适的不对称体系和色噪声,因此水中热噪声是白噪声还是色噪声对于理解纳米水泵有着的至关重要的作用。传统理论中,热噪声通常被当作白噪声处理,于是非对称系统在没有外部有色涨落输入的情况下不会产生定向运动。基于分子动力学模拟,我们的模拟结果显示水中的热噪声在室温下它的自相关时间长度约为10皮秒,这就表明了与宏观和介观尺度下不同,在分子尺度下热噪声不能再简单地当作白噪声处理。此外,我们的模拟结果表明热噪声的自关联时间长度值不会随着系统的不同热浴耦合方法以及不同的热浴耦合参数的变化而改变,它只与体系的温度相关,因而,热噪声的自相关时间应该是体系内禀的。值得注意的是,水中热噪声的自相关函数与水中氢键的自相关函数很相似,而且,水中热噪声的自相关时间和氢键寿命随着体系温度的变化呈现出相似的变化趋势。由于水分子与周...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
        1.1.1 背景
        1.1.2 意义
    1.2 研究的内容
    1.3 研究的方法
    1.4 论文的组织结构
第二章 分子动力学模拟介绍
    2.1 分子动力学模拟原理简介
        2.1.1 分子动力学模拟的步骤
    2.2 分子动力学中的积分算法
        2.2.1 蛙跳算法
        2.2.2 速度Verlet算法
    2.3 分子动力学中的相互作用
        2.3.1 非键相互作用
        2.3.2 成键相互作用
        2.3.3 氢键
    2.4 水分子模型
    2.5 分子动力学中的热力学系综
        2.5.1 微正则系综
        2.5.2 正则系综
        2.5.3 等温等压系综
第三章 噪声
    3.1 噪声的定义
    3.2 噪声三特征
    3.3 常见的噪声类型
        3.3.1 白噪声
        3.3.2 红噪声
        3.3.3 1/? 噪声
第四章 计算方法对水中热噪声关联时间的影响研究
    4.1 引言
    4.2 计算模拟模型
    4.3 计算模拟结果与讨论
        4.3.1 不同的热浴耦合方式对热噪声的关联时间的影响
        4.3.2 不同的热浴耦合参数对热噪声的关联时间的影响
        4.3.3 不同的模拟步长对热噪声的关联时间的影响
        4.3.4 不同的模拟软件对热噪声的关联时间的影响
        4.3.5 不同的水模型对热噪声的关联时间的影响
        4.3.6 不同的热浴耦合温度对热噪声的关联时间的影响
        4.3.7 水中热噪声与氢键的关系
    4.4 本章小结
第五章 水中溶质分子所受热噪声的频谱特性研究
    5.1 引言
    5.2 计算模拟的模型和方法
    5.3 计算模拟结果与讨论
        5.3.1 水中溶质分子所受热噪声的分布情况
        5.3.2 水中溶质分子所受热噪声与分子转动的关系
        5.3.3 水中溶质分子所受热噪声的功率谱
        5.3.4 不同模拟参数对水中热噪声的功率谱的影响
        5.3.5 功率谱的斜率值
        5.3.6 功率谱中的特征峰
        5.3.7 水中溶质分子所受合力的积分
        5.3.8 噪声的功率谱和氢键
    5.4 本章小结
第六章 总结及展望
    6.1 总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读博士期间发表文章目录
致谢



本文编号：3989585