基于反应力场(reactive force field,ReaxFF)的反应分子动力学模拟的结果分析具有挑战性。国际首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD(visulization and analysis of ReaxFF molecular dynamics)可自动生成不同时刻之间完整的化...基于反应力场(reactive force field,ReaxFF)的反应分子动力学模拟的结果分析具有挑战性。国际首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD(visulization and analysis of ReaxFF molecular dynamics)可自动生成不同时刻之间完整的化学反应列表,通过物种检索进一步对反应路径进行分类。但VARxMD目前的反应分析针对的是某一确定条件下单一的ReaxFF MD模拟轨迹,利用VARxMD分析获得一次模拟的完整反应列表需要消耗大量计算资源和时间。本文提出基于数据库来储存VARxMD反应分析结果数据,基于数据库检索进一步分析反应的思路,并采用MVVM(model-view-view model)的系统设计模式、结合渐进式框架Vue.js建立了ReaxFF MD模拟的化学反应数据系统ReaxMDDB(reaction database of ReaxFF MD simulation)。系统应用于多个RP-3模型热解和氧化模拟反应数据的结果表明:该系统不仅实现了多个ReaxFF MD模拟的详细反应的统一分析和化学反应的2D分子结构显示,而且可永久保存模拟获得的反应数据集以备后续进一步分析反应机理。ReaxMDDB具有很好的通用性,为认识不同反应模拟所揭示的共性化学反应机理提供了方便的平台。展开更多
海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解...海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解模拟结果表明:十二烷基苯分子初始裂解反应主要为C—C键的断裂产生长链大分子,后逐渐热解产生小烷基自由基和烯烃分子,DDB最终会热解为侧链为·C_(2)H_(5)、·CH_(3)和·C_(3)H_(7)基团的短链烷基苯分子。热解过程中主要特征气体为C_(2)H_(4)、H_(2)、CH_(4),与IR实验结果相同,特征气体生成的主要反应机理分别为:β位C—C键的断裂、加氢反应和脱氢反应;·H自由基攻击其他自由基上的H原子;甲基自由基(·CH_(3))与游离的氢(·H)自由基反应。动力学结果表明TG实验与Reax FF-MD的活化能分别为86.606 k J/mol以及99.867 k J/mol,相近的活化能进一步验证了仿真结果的合理性。研究结论为深入了解十二烷基苯绝缘油的裂解和产气机理提供了理论支持。展开更多
聚焦离子束(focused Ion beam,FIB)作为一种用于金刚石微铣刀的特种加工方式,其引发的损伤程度直接关联到刀具的加工性能和寿命。课题组采用LAMMPS软件进行分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟,结合SRIM软件的分析结果,探究单晶金刚...聚焦离子束(focused Ion beam,FIB)作为一种用于金刚石微铣刀的特种加工方式,其引发的损伤程度直接关联到刀具的加工性能和寿命。课题组采用LAMMPS软件进行分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟,结合SRIM软件的分析结果,探究单晶金刚石亚表层损伤的形成机理和入射离子能量对损伤深度和范围的影响。模拟结果表明:随着入射离子能量的提升,离子束在材料内的渗透深度及引起的非晶层和点缺陷损伤均有所增加;进一步的研究发现损伤形成过程中材料局部温度的上升可能诱发自退火现象,且与离子入射能量成正比,该现象对于理解聚焦离子束加工引起的损伤有着至关重要的意义;而势能的变化与损伤形成之间的显著对应关系揭示了第一邻近原子的势能明显高于第二邻近原子,进而高于Other类型原子,这一发现有助于深入理解损伤形成的微观过程。因此,精确控制入射能量是实现金刚石材料高精度聚焦离子束加工的关键,且对自退火效应和势能变化的研究对损伤监控与控制同样重要。展开更多
文摘基于反应力场(reactive force field,ReaxFF)的反应分子动力学模拟的结果分析具有挑战性。国际首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD(visulization and analysis of ReaxFF molecular dynamics)可自动生成不同时刻之间完整的化学反应列表,通过物种检索进一步对反应路径进行分类。但VARxMD目前的反应分析针对的是某一确定条件下单一的ReaxFF MD模拟轨迹,利用VARxMD分析获得一次模拟的完整反应列表需要消耗大量计算资源和时间。本文提出基于数据库来储存VARxMD反应分析结果数据,基于数据库检索进一步分析反应的思路,并采用MVVM(model-view-view model)的系统设计模式、结合渐进式框架Vue.js建立了ReaxFF MD模拟的化学反应数据系统ReaxMDDB(reaction database of ReaxFF MD simulation)。系统应用于多个RP-3模型热解和氧化模拟反应数据的结果表明:该系统不仅实现了多个ReaxFF MD模拟的详细反应的统一分析和化学反应的2D分子结构显示,而且可永久保存模拟获得的反应数据集以备后续进一步分析反应机理。ReaxMDDB具有很好的通用性,为认识不同反应模拟所揭示的共性化学反应机理提供了方便的平台。
文摘海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解模拟结果表明:十二烷基苯分子初始裂解反应主要为C—C键的断裂产生长链大分子,后逐渐热解产生小烷基自由基和烯烃分子,DDB最终会热解为侧链为·C_(2)H_(5)、·CH_(3)和·C_(3)H_(7)基团的短链烷基苯分子。热解过程中主要特征气体为C_(2)H_(4)、H_(2)、CH_(4),与IR实验结果相同,特征气体生成的主要反应机理分别为:β位C—C键的断裂、加氢反应和脱氢反应;·H自由基攻击其他自由基上的H原子;甲基自由基(·CH_(3))与游离的氢(·H)自由基反应。动力学结果表明TG实验与Reax FF-MD的活化能分别为86.606 k J/mol以及99.867 k J/mol,相近的活化能进一步验证了仿真结果的合理性。研究结论为深入了解十二烷基苯绝缘油的裂解和产气机理提供了理论支持。
文摘聚焦离子束(focused Ion beam,FIB)作为一种用于金刚石微铣刀的特种加工方式,其引发的损伤程度直接关联到刀具的加工性能和寿命。课题组采用LAMMPS软件进行分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟,结合SRIM软件的分析结果,探究单晶金刚石亚表层损伤的形成机理和入射离子能量对损伤深度和范围的影响。模拟结果表明:随着入射离子能量的提升,离子束在材料内的渗透深度及引起的非晶层和点缺陷损伤均有所增加;进一步的研究发现损伤形成过程中材料局部温度的上升可能诱发自退火现象,且与离子入射能量成正比,该现象对于理解聚焦离子束加工引起的损伤有着至关重要的意义;而势能的变化与损伤形成之间的显著对应关系揭示了第一邻近原子的势能明显高于第二邻近原子,进而高于Other类型原子,这一发现有助于深入理解损伤形成的微观过程。因此,精确控制入射能量是实现金刚石材料高精度聚焦离子束加工的关键,且对自退火效应和势能变化的研究对损伤监控与控制同样重要。