有机分子超薄膜的结构对摩擦的影响

采用分子动力学方法, 模拟了由脂肪酸C_nH_2n+1COOH}和C₁₇H₃₁COOH (n=12,13,14,15,16,17)组成的混合单层Langmuir-Blodgett(LB)膜间的摩擦特性, 探究了膜结构的变化对超薄膜的摩擦的影响. 结果显示. 在滑动过程中, 随着n的增加, 膜内分子的运动受到邻近分子的约束逐渐增加, 膜结构的稳定性也逐渐增加, 其剪切压逐渐减小, n=17时的剪切压最小. 在两单层膜之间无氢键形成; 而混合膜内的分子之间形成的氢键是单层膜结构稳定的主要因素, 其中n=16时形成的氢键最稳定, 但全部由相同C₁₇H₃₁COOH分子组成的单层膜的滑动效果最好. 分子的弯曲形变能对剪切压影响非常小.     

Si表面间水平碳纳米管束的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法研究了Si表面间单壁水平碳纳米管束SWCNT (10,10)的变形和摩擦特性.系统在弛豫平衡后,首先对碳纳米管束施加压力至碳纳米管或Si表面结构破坏.之后在无压力和高压力两种情况下使上表面沿水平方向做剪切运动以研究碳纳米管束的摩擦特性.结果表明,由于碳纳米管的柔韧性,碳纳米管束在加载过程中出现明显变形,但直至3.8 GPa高压下并无结构破坏.系统无压力时SWCNT (10,10)在原地轻微随机滚动,压力为3.8 GPa时,碳纳米管束出现了整体的轻微滑动,同时伴随无规律的轻微滚动, 关键词： 碳纳米管束 摩擦 分子动力学模拟     

纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理

采用分子动力学方法, 模拟了由脂肪酸C_nH_2n+1COOH和C₁₇H₃₅COOH (n=12,13,14,15,16,17) 按1:1比例组成的7种混合单层Langmuir-Blodgett (LB)膜和由C₁₆H₃₃COOH 分子组成的单层膜的摩擦性质. 结果显示: 1) 随着混合单层膜内的不同分子链长差的减小, 其剪切压随之减小, 摩擦力主要来自单层膜间的库伦作用; 2) 混合膜内的两种不同分子的尾基排列对其摩擦性能影响较大, 当混合LB膜中所有分子尾基全同排列时剪切压较小. 当分子链长差为1 个C-C键长时, 分子尾基排列对膜的摩擦性质影响较大. 3) 同种分子尾基全同排列组成的单层膜, 当上下两单层膜的尾基呈镜面对称时, 其剪切压随着分子链长的增加而减小, 摩擦力主要来自膜间的库伦作用; 当上下两单层膜的尾基呈中心对称时, 膜间摩擦力主要来自膜间的范德华 (VDW) 作用. 关键词： 分子动力学模拟 纳米摩擦 薄膜 库伦能     

超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程. 分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性，如sp³杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等，计算结果和现有的实验结果基本一致. 不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响，入射原子能量在20—60eV时，薄膜可以获得最优性能. 载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提，稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的. 关键词： DLC膜 分子动力学模拟 3杂化比例')" href="#">sp³杂化比例     

氯化铵水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,使用Material Studio软件中的COMPASSⅡ力场,模拟了温度为298 K时质量分数分别为1%、5%、10%、20%及28%的氯化铵溶液中离子的动力学性质.发现随着浓度增加,水分子周围不再有明显的第二配位圈,NH_4~+和Cl~-配位数都减少,离子水化数、水化半径也随之减小.水分子中的H比NH_4~+中的H对N_((NH4))的影响作用要强的多.在氯化铵水溶液,NH_4~+中的N及H都是由周围水分子中的氧原子来靠近,而Cl~-则由周围水分子中的氢原子去靠近. NH_4~+及Cl~-的加入确实破坏了溶液中的氢键,但是NH_4~+与水分子间也生成了新的氢键,并且生成的数量大于被破坏的数量,但是氢键力却变弱了,这是之前研究当中没有人提过的现象.随着浓度增大,H_2O、NH_4~+及Cl~-的扩散系数逐渐降低,而降低幅度排序为NH_4~+ Cl~- H_2O.     

聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明: 聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构, 温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性; 银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加; 与聚乙烯体系相比, 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多, 且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大; 银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率, 红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数, 热容随颗粒尺寸的变化较小, 但随温度的升高而明显减小, 具有显著的温度效应; 热压力系数随温度的变化较小, 但随颗粒尺寸的增加而减小, 具有明显的尺度效应, 温度稳定性更好; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比, 并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小, 加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 纳米颗粒     

含氢碳膜的生长机制: 分子动力学模拟研究低能量CH基团的作用

探索等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术中含氢碳膜的生长机理, 制备出常态超润滑含氢碳膜是表面工程技术领域的目标之一. 基于REBO势函数, 采用分子动力学模拟方法, 通过对比研究CH基团在清洁金刚石和吸氢金刚石表面的沉积行为, 发现低能量CH基团在清洁金刚石(111)面上的吸附效率大于98%, 而在吸氢金刚石(111)面上的吸附效率低于1%. 结果表明PECVD法制备含氢碳膜时, 低能量CH基团对薄膜生长的贡献主要来自于其在表面非饱和C位置的选择性吸附.     

掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

掺硅类金刚石(Si-DLC) 薄膜表现出优异的摩擦学性能, 在潮湿空气和高温中显示出极低的摩擦系数和很好的耐磨性, 但是许多实验表明Si-DLC膜的摩擦性能受其硅含量的影响很大. 因此, 本文采用分子动力学模拟的方法分别研究干摩擦和油润滑两种情况下不同硅含量的Si-DLC膜的摩擦过程. 滑移结果表明干摩擦时DLC膜和掺硅DLC膜之间生成了一层转移膜, 而油润滑时则为边界膜. 因此干摩擦时的摩擦力明显大于油润滑时的摩擦力. 少量添加硅确实能降低DLC膜的摩擦力, 但是硅含量大于20%后对DLC膜的摩擦行为几乎无影响. 干摩擦时硅含量对转移膜内键的数量影响很大, 转移膜内CC键和CSi键都先增加后减少, 滑移结束时几乎不含CSi键.     

全原子分子动力学模拟研究丙氨酸二肽水溶液的结构和氢键作用

采用全原子分子动力学模拟研究了丙氨酸二肽分子在水溶液中的结构和氢键作用。径向分布函数和氢键统计用于分子动力学模拟的分析。从径向分布函数（RDF）发现不同类型的强氢键显示出不同的形成能力,而体系中的C−H•••O弱相互作用较为明显,也不能忽略。氢键统计分析的结果也证实了这一点。分子内距离、回转半径和骨架二面角用于表征丙氨酸二肽分子在水溶液中的构象变化。丙氨酸二肽分子在水溶液中的柔顺性较好,构象在折叠和伸展之间相互转换。     

聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、 热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明, 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构, 铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定, 铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高, 随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢, 在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大, 比聚酰亚胺体系的热压力系数更小, 且随温度升高而减小的程度要小得多. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应, 温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比, 随温度升高分别减小和增大, 与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反, 且杨氏模量的温度稳定性显著提高, 同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小, 具有明显的尺度效应. 加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 聚酰亚胺 纳米颗粒     

Langmuir-Blodgett 膜中分子聚集行为的偶极作用模型

基于经典静电场理论，描述了Langmuir-Blodgett (LB)膜中棒状分子聚集行为的偶极作用模型，给出了LB膜结构与光谱性质的关系. 讨论了X型或Z型膜中分子间距、层间距、分子取向、膜层数等结构参数对分子聚集行为的影响. 理论结果与实验值符合较好. 关键词： Langmuir-Blodgett膜 聚集体 偶极相互作用 半花菁     

Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) films of tetrapyridyl metalloporphyrins

We report on the formation of Langmuir films of 5,10,15,20-tetra(4-pyridyl) 21H,23H-porphine, hereafter named tetrapyridyl porphyrins with distinct central ions (2H⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺). The films were characterized with surface pressure and surface potential isotherms and in situ UV-vis absorbance. The measurements indicated strong aggregation of porphyrin monomers at the air-water interface, with a red shift of the Soret band in comparison with the spectrum obtained from CHCl₃ solutions. The shift was larger for the non-substituted H₂TPyP, and depended on the metal ion. Significantly, aggregation occurred right after spreading of the Langmuir film, with no further shifts in the UV-vis spectra upon compression of the film, or even after transferring them onto solid substrates in the form of Langmuir-Blodgett (LB) films. The buildup of LB films from H₂TPyP and ZnTPyP was monitored with UV-vis spectroscopy, indicating an equal amount of material deposited in each deposition step. Using FTIR in the transmission and reflection modes, we inferred that the H₂TPyP molecules exhibit no preferential orientation in the LB films, while for ZnTPyP there is preferential orientation, with the porphyrin molecules anchored to the substrate by the lateral pyridyl groups.     

荧光素酶nanoKAZ与发光底物的分子对接及对接复合体的全原子动力学模拟

nanoKAZ是一种体量小且底物专一性低的新型荧光素酶,具有高潜在应用价值,然而nanoKAZ与底物的作用方式未见报道。这里使用分子对接技术构建了nanoKAZ与底物coelenterazine结合后形成的复合体构象,使用软件GROMACS对该复合体进行常温水溶液态的全原子动力学模拟并综合模拟过程中的酶主链运动特性,酶与底物间结合自由能变化与形成氢键情况分析nanoKAZ与底物作用方式。结果显示coelenterazine进入nanoKAZ空腔后借由与β桶区域内7个氨基酸残基产生强结合能并与其中Q12形成氢键以稳定分子朝向,同时coelentazine还促使催化腔口区域片段V27-V38（V27与coelenterazine形成氢键）和片段P61-H87在空间上彼此靠近从而关闭催化腔,稳定疏水的底物分子以促进催化反应发生。以上结果阐明了底物与nanoKAZ活性腔的结合方式,提出了nanoKAZ-底物反应中间体的构象,为nanoKAZ的理性改造提供了理论基础。     

Fundamental studies of molecular depth profiling and 3D imaging using Langmuir-Blodgett films as a model

Molecular depth profiling and three-dimensional imaging using cluster projectiles and SIMS have become a prominent tool for organic and biological materials characterization. To further explore the fundamental features of cluster bombardment of organic materials, especially depth resolution and differential sputtering, we have developed a reproducible and robust model system consisting of Langmuir-Blodgett (LB) multilayer films. Molecular depth profiles were acquired, using a 40-keV C₆₀⁺ probe, with LB films chemically alternating between barium arachidate and barium dimyristoyl phosphatidate. The chemical structures were successfully resolved as a function of depth. The molecular ion signals were better preserved when the experiment was performed under cryogenic conditions than at room temperature. A novel method was used to convert the scale of fluence into depth which facilitated quantitative measurement of the interface width. Furthermore, the LB films were imaged as a function of depth. The reconstruction of the SIMS images correctly represented the original chemical structure of the film. It also provided useful information about interface mixing and edge effects during sputtering.     

Relaxation dynamics and power spectra of liquid water: a molecular dynamics simulation study

We present molecular dynamics simulations of liquid water at normal and supercooled conditions. Autocorrelation functions (ACFs) of several structural quantities and their fourier transforms are obtained and analysed. Structural correlations and relaxation times increase linearly with degree of supercooling. Power spectra of ACFs show increase in librational motion of liquid water with cooling. These modes intensify with supercooling because of structuring and ordering of water molecules. Overall, liquid water structure is homogenous over the temperatures and pressures studied and undergoes fluctuation–dissipation in its local-density variations [English and Tse, Phys. Rev. Lett. 106, 037801 (2011)].     

Surface structure of Langmuir-Blodgett films of lipophilic guanosine derivatives

We studied surface organization of lipophilic guanosine derivatives with one, two and three alkanoyl tails in thin films on water surface and in Langmuir-Blodgett (LB) films transferred onto freshly cleaved mica substrate. The derivative with one alkanoyl group exhibits irreversible pressure-area isotherms and ribbon-like LB film structures. The derivatives with two and three side groups show reversible isotherms with similar critical surface pressures, while their LB film structures are quite different. The derivative with two tails forms films with flat terraces of micrometer size, while the derivative with three tails exhibits irregular thread-shaped assemblies. These observations demonstrate that molecular assembly of LB films of guanosine derivatives can be effectively manipulated by altering the number of attached lipophilic groups.     

Analysis of the heterogeneous dynamics of imidazolium-based [Tf2N−] ionic liquids using molecular simulation

The complex dynamic behaviour of the imidazolium-based ionic liquids [C_nmim⁺][Tf₂N^?], n = 4, 8, 12 is examined at various temperatures and at atmospheric pressure using molecular dynamics simulation. An existing all-atom force field is further optimised in order to attain reasonable agreement with experimental data for transport properties, such as self-diffusivities and viscosities. Dynamical heterogeneity phenomena are quantified through the calculation of the non-Gaussian parameter and the deviation of the self-part of the van Hove correlation function from the expected normal distribution. From this analysis, ions that move faster or slower than expected are detected in the system. These subsets of ‘fast’ and ‘slow’ ions form individual clusters consisting of either mobile or immobile ions. Detailed analysis of the ions’ diffusion reveals preferential motion along the direction of the alkyl tail for the cation and along the vector that connects the two sulphur atoms for the anion. For the longest alkyl tails, the heterogeneity in the dynamics becomes more pronounced and is preserved for several nanoseconds, especially at low temperatures.     

储氢笼型水合物生成促进机理的分子动力学模拟研究

用分子动力学(MD)模拟方法研究水合物法储氢的促进机理,系统研究纯H₂水合物、H₂+四氢呋喃(THF)水合物、H₂+四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物和H₂+四异戊基溴化铵(TiAAB)半笼型水合物的微观结构及性质.模拟分析客体与笼子之间的稳定能ΔE_GH,得出水合物中大笼子对稳定水合物起到主要作用.THF进入大笼子能促进H₂水合物稳定,降低H₂水合物形成压力,模拟结果与实验一致.模拟对比不同客体在大笼子中的ΔE_GH值,得出从小到大的顺序依次为TiAAB,TBAB,THF,H₂.模拟结果表明半笼型水合物的稳定性比结构Ⅱ型水合物强,同时得出H₂+TiAAB半笼型水合物的结构最稳定.MD模拟为TiAAB成为一种水合物新型促进剂和新型储氢材料提供了理论依据. 关键词： 2笼型水合物')" href="#">H₂笼型水合物 分子动力学模拟 储氢 半笼型水合物