本文關(guān)鍵詞：受限空間中水的定向輸運(yùn)與甲烷水合物性質(zhì)研究

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【摘要】：近年來,芯片實驗室技術(shù)(lab-on-a-chip),即能夠?qū)α黧w進(jìn)行空間及時間上的精確操控和處理的微流控(microfluidic)技術(shù),逐漸發(fā)展起來,由于它有巨大的應(yīng)用潛力,得到了人們廣泛的關(guān)注。在納米技術(shù)高速發(fā)展的今天,器件集成度越來越高,但要實現(xiàn)在納米尺度下對流體進(jìn)行可控地驅(qū)動仍然十分困難。實現(xiàn)在納米孔道中的流體輸運(yùn)是設(shè)計并應(yīng)用納米流體器件或納米能量轉(zhuǎn)換器等納米器件的關(guān)鍵一步。隨著實驗技術(shù)的不斷提高,人們已經(jīng)可以對碳納米管的直徑大小在納米尺度上進(jìn)行控制,還能把碳納米管制成規(guī)則的膜。由于碳納米管的中空結(jié)構(gòu),尺寸可控,及優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì),它常被用作微流通道,被譽(yù)為研究物質(zhì)受限在納米空間中的行為的最好的“微型實驗室”。不同領(lǐng)域的研究者們提出各種各樣的納米泵的新奇設(shè)想。在本文中,我們根據(jù)棘輪理論設(shè)計了一個基于碳納米管的納米水泵模型,并利用在碳納米管壁偏離中點的位置施加一個周期性的機(jī)械振動來驅(qū)動納米管中的水。我們用分子動力學(xué)模擬重點研究了在納米管壁不同位置的機(jī)械振動對水泵中的定向流的影響,在受限分子水平上進(jìn)一步研究了水分子以及定向流量的一些性質(zhì)。另一方面,能源問題一直困擾著人類,傳統(tǒng)的石化能源越用越少,可燃冰作為一種清潔新能源逐漸進(jìn)入人們的視野。雖然可燃冰的概念提出很早,但對可燃冰的模擬研究是近十年興起的,主要研究其成核過程。如果將可燃冰置于納米空間中,并加上電場,它們會有怎么樣不同的成核過程?這是我們論文后半部分討論的內(nèi)容。本文的全部內(nèi)容如下：第一章 主要介紹了研究背景、模擬內(nèi)容與模擬方法,包括關(guān)于納米技術(shù)、納米水泵和可燃冰的知識背景與一系列最前沿的研究現(xiàn)狀。第二章 簡略的介紹了分子動力學(xué)的基本概念,這其中包括本文主要采用的GROMACS軟件的介紹,及分子動力學(xué)的發(fā)展簡史、基本原理、運(yùn)動方程的求解、勢函數(shù)和力場、系綜、周期性邊界條件、分子動力學(xué)模擬流程及優(yōu)劣勢等。第三章 運(yùn)用分子動力學(xué)方法,在GROMACS軟件下,根據(jù)棘輪理論設(shè)計了一個基于碳納米管的納米水泵,通過在碳納米管壁上施加機(jī)械振動來驅(qū)動納米管中的水,重點研究了在納米管壁不同位置的機(jī)械振動對水泵中的定向流的影響。第四章 建立一系列帶不同電荷量的碳納米平板,在240K溫度下模擬甲烷水合物結(jié)冰,并研究其中甲烷分子與水分子的動力學(xué)性質(zhì),為可燃冰的研究與勘探提供理論支持。第五章 總結(jié)與展望,指出不足與改進(jìn)之處。
【關(guān)鍵詞】：納米水泵 碳納米管 碳納米技術(shù) 甲烷水合物 分子動力學(xué)模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O623.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 模擬內(nèi)容11
• 1.3 模擬方法11-13
• 第二章 分子動力學(xué)簡介13-26
• 2.1 分子動力學(xué)發(fā)展簡史13-14
• 2.2 分子動力學(xué)基本原理14-15
• 2.3 粒子運(yùn)動方程的求解15-17
• 2.3.1 Verlet算法的求解15-16
• 2.3.2 Leap-frog算法的求解16-17
• 2.4 模擬中的勢函數(shù)與力場17-20
• 2.4.1 非鍵相互作用(Enobond)18-20
• 2.4.2 成鍵相互作用(Ebond)20
• 2.5 分子動力學(xué)的系綜20-22
• 2.5.1 微正則系綜(N,V,E)21
• 2.5.2 正則系綜(N,V,T)21-22
• 2.5.3 等溫等壓系綜(N,P,T)22
• 2.6 周期性邊界條件22-23
• 2.7 分子動力學(xué)模擬流程23-24
• 2.8 分子動力學(xué)優(yōu)勢和限制24
• 2.9 GROMACS簡介24-26
• 第三章 納米水泵中的定向流26-32
• 3.1 引言26
• 3.2 系統(tǒng)構(gòu)建與模擬方法26-28
• 3.3 結(jié)果與討論28-31
• 3.4 小結(jié)31-32
• 第四章 受限電場條件下甲烷水合物的相變32-40
• 4.1 引言32-33
• 4.2 模型和主要參數(shù)33-35
• 4.3 模擬結(jié)果和討論35-38
• 4.4 結(jié)論38-40
• 第五章 總結(jié)和展望40-41
• 參考文獻(xiàn)41-44
• 碩士期間發(fā)表的論文44-45
• 致謝45-47

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 盧林松;日本勘探近海甲烷水合物[J];海洋石油;2002年03期

2 盧林松;日本準(zhǔn)備開采海底甲烷水合物[J];海洋石油;2003年04期

3 吳保祥,段毅,雷懷彥,張輝;水+沉積物體系中甲烷水合物的填充率[J];天然氣工業(yè);2004年08期

4 郝文峰,樊栓獅,王金渠;攪拌對甲烷水合物生成的影響[J];天然氣化工;2005年03期

5 許維秀;李其京;陳光進(jìn);;甲烷水合物熱穩(wěn)定性的研究[J];石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報);2006年03期

6 雷懷彥;官寶聰;龔承林;劉建輝;黃磊;;海底甲烷水合物溶解和分解辨析及其地質(zhì)意義[J];天然氣地球科學(xué);2007年04期

7 展靜;吳青柏;王英梅;;冰點以下不同粒徑冰顆粒形成甲烷水合物的實驗[J];天然氣工業(yè);2009年06期

8 孫中明;張劍;劉昌嶺;趙仕俊;業(yè)渝光;;沉積物中甲烷水合物飽和度測定及其力學(xué)特性研究[J];實驗力學(xué);2013年06期

9 羅承先;;世界甲烷水合物研究開發(fā)現(xiàn)狀[J];當(dāng)代石油石化;2013年12期

10 鄭軍衛(wèi);美國國家甲烷水合物多年研發(fā)計劃簡介[J];天然氣地球科學(xué);2001年Z1期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 戴春山;龔建明;;甲烷水合物資源評價技術(shù)探討[A];2001年全國沉積學(xué)大會摘要論文集[C];2001年

2 業(yè)渝光;劉昌嶺;張劍;刁少波;;甲烷水合物實驗合成的初步研究[A];海洋地質(zhì)環(huán)境與資源學(xué)術(shù)研討會論文摘要匯編[C];2003年

3 吳保祥;段毅;雷懷彥;張輝;;水+沉積物體系中甲烷水合物的填充率[A];第十屆全國有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2005年

4 承峰;劉昌嶺;孟慶國;;基于顯微拉曼光譜的甲烷水合物生長過程研究[A];第十七屆全國光散射學(xué)術(shù)會議摘要文集[C];2013年

5 彭超;耿建華;;海洋甲烷水合物形成動力過程模擬方程及計算方法[A];中國地球物理第二十一屆年會論文集[C];2005年

6 宋天銳;;關(guān)于巖古鉀肥、古—新地震和人造甲烷水合物的思維啟迪[A];2001年全國沉積學(xué)大會摘要論文集[C];2001年

7 伍向陽;段體玉;楊偉;孫檣;;不同壓力下I型甲烷水合物拉曼光譜[A];中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2008學(xué)術(shù)論文匯編[C];2009年

8 蔡震峰;鄒如強(qiáng);盧海龍;;同位素效應(yīng)對H型2,2-二甲基丁烷和甲烷水合物結(jié)構(gòu)的影響[A];第十三屆全國化學(xué)動力學(xué)會議報告摘要集[C];2013年

9 郝文峰;樊栓獅;梁德清;田龍;楊向陽;;甲烷水合物生成實驗研究[A];第九屆全國化學(xué)工藝學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

10 吳保祥;雷懷彥;段毅;張輝;;沉積物體系中甲烷水合物平衡P-T條件實驗?zāi)M[A];第十屆全國有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2005年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 愛古;甲烷水合物：一種新的替代能源[N];中國電力報;2003年

2 中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心 石宏仁　唐金榮;美國的甲烷水合物開發(fā)計劃[N];中國礦業(yè)報;2010年

3 中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心 石宏仁　唐金榮;美國甲烷水合物開發(fā)計劃透視[N];中國國土資源報;2010年

4 愛古;甲烷水合物引發(fā)能源革命？[N];市場報;2003年

5 ;日本要開發(fā)海底能源[N];新華每日電訊;2003年

6 呂靜 王平才;北極甲烷面臨解凍危險[N];中國石化報;2009年

7 本報特派記者 高博;冷泉專家談冷泉[N];科技日報;2013年

8 毛磊;海底氣泡疑為沉船禍?zhǔn)譡N];人民日報;2003年

9 叢玫;日本欲大規(guī)模開采“可燃冰”[N];第一財經(jīng)日報;2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 唐現(xiàn)瓊;低維碳材料在微納圖案表面包覆及促進(jìn)甲烷水合物解離的分子模擬研究[D];湘潭大學(xué);2015年

2 陳超;油包水乳液中甲烷水合物形成動力學(xué)研究[D];天津大學(xué);2015年

3 梁海峰;多孔介質(zhì)中甲烷水合物降壓分解實驗與數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2009年

4 于鋒;甲烷水合物及其沉積物的力學(xué)特性研究[D];大連理工大學(xué);2011年

5 孫睿;水—?dú)狻}流體體系低溫相平衡的理論模型研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2003年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王小文;甲烷水合物CO_2置換開采影響因素實驗研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

2 黃怡;碳納米管、聚氨酯泡沫和新型干水對甲烷水合物生成的強(qiáng)化作用[D];華南理工大學(xué);2016年

3 陳玉龍;氨基酸促進(jìn)甲烷水合物形成的機(jī)理研究[D];華南理工大學(xué);2016年

4 陳冰;受限空間中水的定向輸運(yùn)與甲烷水合物性質(zhì)研究[D];浙江師范大學(xué);2016年

5 孫建;細(xì)粒沉積物粒徑及孔隙水鹽度對甲烷水合物穩(wěn)定溫壓條件的影響[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2016年

6 鄭艷紅;甲烷水合物在鹽、醇類介質(zhì)中相平衡研究[D];中國科學(xué)院研究生院（蘭州地質(zhì)研究所）;2002年

7 聶雄飛;甲烷水合物沉積物單軸強(qiáng)度研究[D];大連理工大學(xué);2012年

8 葉陳誠;甲烷水合物降壓分散數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學(xué);2012年

9 何雙毅;面向天然氣固態(tài)儲運(yùn)的甲烷水合物反應(yīng)動力學(xué)特性研究[D];重慶大學(xué);2014年

10 王銳;甲烷水合物及其沉積物的蠕變特性研究[D];大連理工大學(xué);2012年

，

本文編號：599111