【摘要】：本文運用分子動力學方法模擬了水分子受限于單壁碳納米管（SWCNT）中時的結構和動力學行為。分別考察了三種常見的水分子模型（SPC/E、TIP4P、TIPS2）以及溫度和孔徑對水的結構及其聚集特性的影響，探究了水的結構及其擴散系數(shù)受電偶極矩和電四極矩的影響。研究結果顯示：體相水的聚集特性因三種水分子模型的差異并沒有表現(xiàn)出明顯的不同，然而受限于碳納米管中水的結構出現(xiàn)了明顯的差異；電偶極矩對擴散系數(shù)起主要的作用，而電四極矩對水分子結構起主要的作用。管徑相同時，隨著溫度的升高，水的有序化程度逐漸降低。結果表明，當碳管管徑較小時，水分子大多聚集于管的中央軸線附近，然而在較大管徑的碳管中，水分子大多聚集于管壁附近。沿著不同方向看，受限于不同管徑中的水分子會呈現(xiàn)出不同的結構：垂直于管軸看，，水分子在SWCNT（6，6）中通過氫鍵形成單分子鏈，在SWCNT（7，7）中形成兩條平行的水鏈；平行于管軸看，SWCNT（8，8）中出現(xiàn)了規(guī)則的四邊形結構。 通過截取溫度為300K時32個水分子受限于SWCNT（9，9）中時的幾個連續(xù)模擬快照來探究水在碳管中的運動，發(fā)現(xiàn)水分子形成了水團簇，并且水團簇在碳管中周期性地做摩擦很小的滑動。為了探究短時間內分子傳輸運動的整體特征，計算了水分子的速度相關函數(shù)。發(fā)現(xiàn)速度相關函數(shù)具有震蕩特性，然而由于水分子間以及水分子與碳原子間的震蕩能夠很快破壞速度的相關性，所以沿著管長方向的震蕩衰退得非�？�。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O613.71

【參考文獻】

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本文編號：2553759