基于分子动力学模拟研究交联密度对氢化丁腈橡胶性能的影响

采用分子动力学构建交联密度为0,10%,20%,30%和40%的氢化丁腈橡胶(HNBR)分子模型,研究交联密度对HNBR性能的影响。结果表明:HNBR分子模型的玻璃化转变温度(T_(g))随着交联密度的增大而升高,交联密度为0~10%时,T_(g)升高较快,交联密度大于10%时,T_(g)升高速率趋于平缓;HNBR分子模型的均方位移(MSD)随着交联密度的增大而减小,分子链的柔顺性变差,交联密度达到30%后,MSD变化较小;交联密度为0~30%时,HNBR分子模型的拉伸性能随着交联密度的增大而提高,交联密度为30%时,HNBR分子模型的拉伸性能最好,交联密度大于30%时,晶格内应力集中,HNBR分子模型的拉伸性能随交联密度的增大而降低。

咪唑啉衍生物缓蚀性能的密度泛函理论和分子动力学模拟

采用挂片失重法测得A、B、C、D 4种咪唑啉衍生物缓蚀剂在CO2饱和的3%NaCl溶液中的缓蚀效率,并利用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的方法对它们的缓蚀性能进行了理论分析。结果表明,咪唑啉类缓蚀剂对金属的缓蚀作用,主要是其分子中的咪唑环和极性基团起作用;发生吸附时,咪唑啉衍生物分子上的咪唑环优先吸附在金属表面,然后牵引烷基支链R平行吸附在金属上。综合量子化学和分子动力学模拟计算得出4种新型缓蚀剂的缓蚀效率从大到小依次为B、C、A、D,与实验结果相吻合。

纳米多孔石墨烯膜分离N_2/CH_4的密度泛函计算与分子动力学模拟

天然气是最重要的能源之一,具有高热值、高效和低污染等优点,但N_2杂质的存在降低了天然气的燃烧热值。为利用低质量天然气(例如低浓度煤层气),需要从天然气(CH_4)中分离N_2。通过密度泛函计算(DFT)和分子动力学模拟(MD)相结合的方式,系统研究了H饱和的多孔石墨烯对N_2/CH_4气体混合物的分离性能。发现孔径约为0.406nm的H-pore-13多孔石墨烯膜能够高效地从CH_4中分离N_2。H-pore-13具有较高的N_2/CH_4选择性,N_2的气体渗透率达到105 GPU (1GPU=3.35×10^(-10) mol/(s·m^2·Pa)),远远高于传统的聚合物分离膜。因此,多孔石墨烯分离膜在天然气纯化方面具有广阔的应用前景。此外,通过理论计算,对多孔石墨烯膜的气体分离机制进行了探讨,结果表明,石墨烯膜与气体分子的电子密度等势面交叠程度对石墨烯膜的气体分离性能具有很大影响。

5-硝基-1-氢-四唑衍生物热分解机理的从头算分子动力学模拟及密度泛函理论研究

应用从头算分子动力学模拟方法以及密度泛函理论对 5 硝基 1 氢 四唑衍生物的热解机理进行了研究 .报道了三条相关的反应途径 ,包括直接开环途径和质子转移途径 .其中N1-N2 键断裂直接开环的机理与文献报道一致 .而涉及质子转移的反应途径则是一个新的发现 .另一条关于C5-N4 键断裂直接开环的途径由于能垒较高 。

淬火温度对聚硫脲介电储能特性影响的分子动力学模拟

为了提高聚硫脲(polythiourea,PTU)的储能密度,对PTU进行了淬火处理,并采用分子动力学模拟研究了PTU中氢键动力学性质对介电储能特性的影响机理。首先,借助热波动指数(thermalfluctuationindex,TFI)和约化梯度密度(reduction gradient density,RDG)描述了氢键作用模式和强度随淬火温度升高的演变规律。其次,计算了氢键供体分别与受体和氢原子的径向分布函数、自相关函数等,提取了氢键密度和平均寿命。最后,建立了氢键特征参数与介电常数的关联,揭示了淬火提高PTU储能密度的机理。研究发现,淬火温度升高,氢键作用模式发生了由双氢键至单氢键,并最终超过氢键阈值而断裂的演变规律,这造成氢键密度减少,表现为强极性双氢键硫脲阵列数目的减少,导致介电常数减小;同时,氢键强度持续减弱,氢键寿命缩短,动态变化加快,导致硫脲阵列转向势垒降低,这有利于增大介电常数。受氢键作用模式和强度的共同影响,PTU的介电常数随淬火温度升高呈现先增大后减小的变化趋势。当淬火温度为393 K时,PTU的介电常数增大至10,储能密度高达16.3 J/cm~3。

均四嗪热分解机理的从头算分子动力学模拟及密度泛涵理论研究

运用从头算分子动力学(AIMD)方法对均四嗪分子的热分解轨迹进行了模拟,用密度泛涵理论在B3LYP/6-311G(d,p)水平下计算了极小点和过渡态的几何结构和能量性质。然后在多种理论水平下(包括B3LYP/6-311+G(2df,2p)、G3MP2B3、G3B3、CCSD(T)/6-311G(d,p)、CCSD(T)/6-311+G(2df,2p))计算了反应物、产物和过渡态的单点能,并运用微正则变分过渡态理论(μVT)计算了均四嗪的热分解反应速率常数,得到较为准确可靠的反应信息。研究结果表明:均四嗪分子的热分解机理为协同的三键断裂,生成1个N2和2个HCN,此机理与均四嗪的光分解机理一致。

高岭石脱水分子动力学及密度泛函研究

利用分子动力学对高岭石脱水过程进行模拟,并采用密度泛函理论分析其脱水机理.结果表明：在300～600K时高岭石并未发生明显变化,在700K之后高岭石中Al配位数逐渐降低,H配位数逐渐增高,X射线衍射图谱显示其中的氧化铝相对含量逐渐增高,高岭石发生脱水反应.脱水机理为在温度影响下Al的3p轨道中部分电子向相键连的羟基中O的2p轨道发生转移,使得Al—OH键活化,经活化后羟基中O的2p轨道与相邻羟基中H的1s轨道形成杂化轨道.

熔融BaB_2O_4急冷玻璃态结构和态密度的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了熔融ＢａＢ２Ｏ４急冷玻璃结构。模拟得到玻璃体的径向分布函数、配位数与熔体的实验结果相近。模拟结果表明，熔态和急冷玻璃态中存在大量ＢＯ３基团及少量ＢＯ４基团，而很少存在Ｂ３Ｏ６环。在分子动力学模拟产生的各瞬态构型基础上，通过正态模式分析方法，研究了Ｈｅｓｉａｎ矩阵元和Ｈｅｓｉａｎ矩阵本征值的计算方法，并统计得到了ＢＢＯ玻璃体静态态密度。在分子动力学模拟产生的各瞬时速度基础上，发展了速度自相关函数及其Ｆｏｕｒｉｅｒ变换程序，并计算得到玻璃体的动态态密度。模拟表明，通过各瞬态构型用Ｈｅｓｉａｎ矩阵计算得到的态密度也与由速度自相关函数的快速Ｆｏｕｒｉｅｒ分析结果得到的态密度符合得很好。

分子动力学模拟全氟辛酸钠在水中的分布

为从微观上探究氟碳型表面活性剂在水中的分布情况,使用全原子分子动力学方法模拟了全氟辛酸钠(Na-PFO)在水中的分布情况。模拟平衡后,PFO^(-)分布在水/气界面处,且疏水的氟碳链朝向气相,亲水的羧酸根浸在水中,形成层状分布,径向分布函数证明钠离子主要分布在水中的羧酸根附近。羧酸根可与周围的水分子形成氢键,且显负电性的氟原子也可与水分子形成氢键,钠离子与水分子之间具有吸引作用,但不形成氢键;钠离子主要分布于PFO^(-)的氧原子附近。

高密度氦状态方程的分子动力学模拟研究

用分子动力学模拟和与固氦实验等温线比较的方法,确定了高密度氦指数6势函数中劲度系数α的优选值为12.7。然后我们用这个新的α值计算了fcc固氦的状态方程及其径向分布函数,发现当把ρ限定为1.60g/cm3时,其径向分布函数的第二个峰将在2000K到3040K区间消失,表明此时固氦的长程有序性降低,或者说发生了固液相变过程。

KNO_(3)溶液结构:密度泛函理论和分子动力学研究

基于密度泛函理论,采用ωB97XD方法和6-311++G(d,p)基组,系统研究了[K(H_(2)O)_(n)]+,[NO_(3)(H_(2)O)_(n)]-和KNO_(3)(H_(2)O)_(n)水合团簇的结构和性质;并结合经典分子动力学、OPLS-AA全原子力场以及SPC/E水模型模拟了不同水盐比(WSR)KNO_(3)溶液,目的在于深入理解KNO_(3)溶液中K^(+)和NO_(3)^(-)的微观水合结构,以及K^(+)-NO_(3)^(-)离子间缔合作用特征。研究发现,对于KNO_(3)(H_(2)O)_(n)(n=6,8,10和12)水合团簇,K^(+)第一水合层稳定结构为四、五和六水合结构,其中五水合结构最稳定。K^(+)和NO_(3)^(-)主要以溶剂共享离子对形式存在。随着团簇尺寸减小,直接接触离子对(CIP)物种出现。同时,分子动力学模拟证实KNO_(3)溶液中形成了直接接触K^(+)-NO_(3)^(-)离子对,且随着溶液浓度增加,CIP物种形成需越过更大能垒。以上结果表明在KNO_(3)稀溶液中主要存在物种为水合K^(+)和NO_(3)^(-),随浓度增大,单齿直接接触离子对(MCIP)逐渐出现。在高浓溶液或过饱和溶液中,K^(+)-NO_(3)^(-)离子缔合主要以单齿CIP和少量双齿CIP结构存在。

高密度氢的从头计算分子动力学模拟

运用从头计算分子动力学方法模拟研究了两种密度 (rs=0 .6 2、1.2 4)下的高密度氢 ,确定了切断能与总能量的关系 ,并给出了离子和电子的互作用随距离的变化关系 ,最后得出当rs 不大于 0 .6 2时高密度氢表现为等离子体相 .

水团簇构象稳定性起源和本质的密度泛函理论与量子分子动力学研究(英文)

寻找确定分子体系构象稳定性的关键因素是至关重要的,但即使对最简单的分子,其稳定性的起源和本质仍存在很大的争议.本文以水团簇为例,采用量子分子动力学产生185个八聚水分子团簇模型,并运用基于密度泛函理论的两个能量分解方法寻找其稳定性的决定因素.我们发现不同水团簇的稳定性与其立体排斥能和交换相关能成良好的线性关系.本文还采用双变量模型模拟水团簇的稳定性,取得了更好的结果(相关系数大于0.99).本工作对揭示包括水分子团簇在内的通过弱相互作用组成的分子络合物的稳定性起源和本质提供了有益启示.

碱金属氯化物二元熔盐密度的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,计算了LiCl-NaCl、LiCl-KCl、LiCl-RbCl、LiCl-CsCl、NaClKCl、NaCl-RbCl以及NaCl-CsCl等碱金属氯化物二元混合熔盐在不同温度和不同组分下的密度,证实了添加LiCl能够降低NaCl、KCl、RbCl以及CsCl熔盐的密度,添加NaCl则仅能够降低RbCl和CsCl熔盐的密度,而增大KCl熔盐的密度。随着温度的逐渐升高,各混合熔盐的密度逐渐减小。根据不同温度、不同组分下的密度数据,拟合得出了各混合熔盐的密度关于温度和组分含量的表达式。

采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算

双折射性是各种光学材料的重要性能之一,具有高双折射率的光学材料在诸多研究及工业领域的应用越来越广泛.然而,作为常用的光学薄膜及光波导材料之一的聚合物材料的双折射性通常却很弱,只能通过实验对其双折射率进行大致的表征,缺乏对其双折射率的系统性理论计算,从而限制了提高聚合物双折射性的研究.本文建立了从聚合物的单体分子结构到多分子链的系统性的双折射率理论计算方法,并借助此方法研究了导致聚合物弱双折射性的限制因素.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为研究对象,运用密度泛函理论研究了其本征双折射率,这里的本征双折射率是指分子链完全取向时其单体单元的双折射率.计算结果表明其本征双折射率高达0.0738左右,并且通过计算给出了PMMA单体单元的平均双折射率色散曲线.采用分子动力学方法研究了该聚合物(包含20个分子链)的材料双折射率.理论计算结果表明,尽管该聚合物具有较大的本征双折射率,但是由于聚合物中分子链取向度极低,聚合物材料最终表现出来的双折射率只有0.00052.本文建立的研究方法及研究结果为研究增强聚合物材料双折射性提供了理论依据.

超临界水密度和自扩散系数预测的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了温度范围为673.15～873.15 K,压力范围为22.1～131.3 MPa条件下不同状态点水的密度和自扩散系数,并与实验结果进行对比.模拟体系为256个水分子,模拟系综为等温等压系综.模拟结果表明：密度和自扩散系数的模拟预测值与实验值基本一致;密度的模拟预测值大多低于实验值,最大相对误差小于-20%;自扩散系数的模拟预测值大多高于实验值,但最大相对误差小于±20%.在缺乏实验数据时,利用单点电荷（SPC）势能模型,可采用分子动力学方法预测超临界水的密度和自扩散系数.

石墨烯/聚乙烯复合材料致密区间密度变化的分子动力学模拟

石墨烯增强复合材料的性能受到粘结界面,致密区间等多种因素的影响。如果没有考虑到这些因素的影响,在分析石墨烯增强复合材料时可能会导致错误的结果。本文采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料致密区间密度变化的分析。首先对聚乙烯晶胞进行分子动力学计算,得到的聚乙烯晶胞密度为0.95 g/cm3,与聚乙烯实际密度吻合,然后运用该计算步骤进行石墨烯/聚乙烯复合材料的分子动力学模拟,最后通过切片的方法得出聚乙烯基体密度的变化趋势。模拟计算结果表明,石墨烯/聚乙烯复合材料的聚乙烯基体在石墨烯的作用下出现了致密的现象,在石墨烯两侧存在对称的致密区间,并且在石墨烯和聚乙烯之间存在范德华(Van der Waals)间隙,间隙的厚度为0.28 nm。致密区间中,远离石墨烯的聚乙烯密度为0.95 g/cm3,与常温常压下聚乙烯的密度一致;接近石墨烯的聚乙烯的密度出现1.5 g/cm3的峰值,是常温常压下聚乙烯密度的1.6倍。

新型多苯并咪唑环芳识别氨基酸甲酯的分子动力学和密度泛函研究

采用Gaussian 03在B3LYP/6-31G(d)水平上分别优化新型多苯并咪唑环芳(MBICP)受体和氨基酸甲酯(AAME)配体,再用基于模拟退火的分子动力学方法 CDOCKER将配体与受体对接,对每一个复合物获得了一组最低能量的初始构象。最后用Turbomole在BLYP/def-TZVP水平对初始构象进一步优化,并对收敛后的复合物最低能量构象作NBO分析。以密度泛函理论计算获得的相互作用能作为核心参数,采用组合策略建立了表达MBICP-AAME复合物结合常数的定量关系模型,计算了该类复合物的结合常数。对MBICP受体和AAME配体间的作用模式以及影响MBICP受体识别AAME配体的主要因素,作了深入讨论。

改性剂及高密度聚乙烯插层和剥离蒙脱石的分子动力学模拟

为研究高密度聚乙烯/有机改性蒙脱石(PE-HD/OMMT)复合材料中改性剂及PE-HD对蒙脱石(MMT)插层和剥离的影响,采用分子动力学方法模拟了OMMT中不同负载量的十八烷基三甲基氯化铵阳离子(OTAC^(+))在MMT中的排列方式以及对MMT插层的影响。此外,搭建了PE-HD/OMMT复合材料模型,编写MS Perl脚本提取了OTAC^(+)与MMT和PE-HD之间的相互作用能来研究双螺杆挤出机机筒温度在463 K下对MMT剥离的影响。模拟结果表明,随着OTAC^(+)负载量的提高,其在MMT片层中依次呈现为单层分布、双层分布和假三层分布;同时,OTAC^(+)负载量的增加致使MMT的层间距有所增加,但MMT并未发生剥离;模拟时间在90~95 ps内时,PE-HD/OMMT复合材料模型中顶层和底层MMT间的相互作用能由-24.53 kcal/mol转变为3.54 kcal/mol,说明MMT发生了剥离,此时MMT的层间距为91Å。

叠氮粘合剂与硝酸酯溶度参数的分子动力学模拟

为了预测叠氮粘合剂与硝酸酯的混溶性,采用分子动力学模拟方法对不同软段、硬段组成的叠氮聚醚热塑性弹性体以及硝酸酯的内聚能密度和溶度参数进行了模拟计算,结果表明:叠氮预聚物和叠氮粘合剂与硝化二乙二醇(DEGDN)、硝化三乙二醇(TEGDN)的混溶性比硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)及NG+DEGDN混合溶液的混溶性好;叠氮预聚物中,PAMCMO与各种硝酸酯的混溶性明显优于GAP、BAMO、AMMO;虽然引入了硬段使三种叠氮粘合剂比其预聚物的溶度参数有所提高,但计算的几种叠氮粘合剂与硝酸酯的混溶性仍不太理想;在叠氮预聚物中引入改善力学性能的四氢呋喃链段时,其与硝酸酯的混溶性明显低于以叠氮均聚物为软段的聚氨酯粘合剂。