受限于碳纳米管中水的分子动力学模拟

【摘要】碳纳米管具有非常简单的结构和化学组成，却表现出来了非常多姿多彩的几何结构以及和对应结构有关的各种物理、化学性能，其在不同领域的应用引起了世界各国科学家的关注。因为受限作用的影响，在不同的受限空间中流体分子的运动行为各不相同，利用分子动力学模拟的方法研究流体在纳米孔道中的行为是近些年来的一个热点。本文主要对150K和300K的温度下水在不同直径的扶手椅型碳纳米管中的扩散进行了模拟研究。通过对水在不同温度和不同直径的碳管中扩散过程绘制径向分布函数图和均方位移图可以看出：在模拟开始的时候，水分子按照弹道扩散的规律在碳纳米管里面进行扩散行为。在（8,8)和(9,9)碳纳米管里面的水分子经过一段时间的超扩散机理和亚扩散机理之后慢慢的过渡到了菲克扩散机理。水分子在（10,10）以上碳纳米管中的扩散直接由初始的弹道扩散机理过渡到最终的Fickian扩散机理。也就是在相同温度下，碳管直径越大，水的扩散越接近体相水；在碳管的直径保持一样的情况下，通过改变模拟体系的温度，水分子的扩散系数也会产生相应的改变，模拟体系的温度越高水分子的扩散系数越大。
【作者】吕小彬；
【导师】杨晓峰；
【作者基本信息】中北大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】碳纳米管；水分子；分子动力学；扩散；

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