二硫化钼纳米受限空间中水流动特性的分子动力学研究

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近年来,二硫化钼以其优良的物理、化学特性受到了研究学者的广泛关注,其在半导体集成电路、柔性传感和微纳机电系统等方面具有广阔的应用前景。本文采用分子动力学方法,针对二硫化钼纳米受限通道中水流动特性开展研究,并探讨了体系带电量、温度、弹性应变等因素对水流动特性的影响。论文的主要工作如下:(1)简要介绍了二硫化钼的基本属性,不同晶体结构(1T、2H、3R)的特点和适用性。深入分析了纳米受限空间的概念和二硫化钼纳米受限通道流体流动的国内外研究背景及现状。(2)分别叙述了缝隙流理论、渗透理论、运输理论在纳米尺度下的流体流动的特点。从宏观流体流动的理论出发,引出了微流体流动的实验研究方法,总结出了微流体流动的一般规律。对微流体数值模拟的方法进行了分析对比,选取了适合本文模拟的分子动力学方法。(3)详细阐述了分子动力学方法的基本概念、运动方程、模拟仿真的过程。简要介绍了单层二硫化钼模型、水分子模型、二硫化钼纳米受限通道中水流动模型的构建方法。对比分析了模拟过程中的系综、温控方式、力场、势函数等参数条件。(4)探究了二硫化钼纳米通道中水分子流动在电荷、温度影响下的变化规律。结果表明,二硫化钼电荷的增加使水分子的运动受到阻滞,使其运动速度减慢,并且产生了有序分层的现象。而体系温度的升高会使水分子获得更多的动能,使水分子的自由扩散运动加快,运动速度变快。同理,其扩散系数和水分子流量也会增加。相反,温度升高会使氧原子间的径向分布函数的峰值减小,这是由于扩散使得分子间距变大,导致相邻氧原子在一定距离范围内出现的概率变小。(5)分析了在弹性应变的影响下受限空间中水分子的流动特性。详细阐述了弹性应变工程理论、二硫化钼纳米受限空间的弹性应变模型。并通过改变二硫化钼纳米受限通道的弹性应变发现,拉伸会使二硫化钼表面的摩擦力变大,使得滑移减小。而且拉伸会使二硫化钼的分子间距变大,固液间的相互作用力减弱,导致水分子密度分布降低。本文对二硫化钼纳米受限空间中水流动特性的分子动力学研究,为纳米尺度下水分子的流体流动理论以及其在渗透、过滤、记忆合金等生产实践中的应用提供了理论依据和数据支持。
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