二氧化碳和水的結(jié)晶行為密度泛函理論研究.pdf

1、晶體與其結(jié)晶過程在科學(xué)研究與工業(yè)應(yīng)用中均起著十分重要的作用，從微觀尺度上對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行理論研究具有重要的意義。本文在統(tǒng)計力學(xué)的框架內(nèi)，將密度泛函理論與積分方程理論結(jié)合起來，研究CO2及H2O這兩種具有代表性的晶體及晶體-流體界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，主要研究內(nèi)容包括:
　　1、基于CO2分子的線性結(jié)構(gòu)這一基本特征，通過積分方程得到不同基團(tuán)間的直接相關(guān)函數(shù)，結(jié)合分子內(nèi)原子的連接特性，構(gòu)建了可描述線性CO2分子晶體的三維密度泛函理論模型。預(yù)

2、測了CO2的晶-液相平衡，確定了晶體及晶-液界面的密度分布等微觀結(jié)構(gòu)，由微觀結(jié)構(gòu)得到了晶-液界面的界面張力、熔化焓等宏觀熱力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果與實驗值基本吻合。
　　2、H2O中的氫鍵作用對H2O結(jié)晶有十分重要的影響，為了研究H2O結(jié)晶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，首先需要研究H2O中的氫鍵作用對體系能量的影響。通過對積分方程的自洽性求解，結(jié)合靜電重整化、誤差函數(shù)等方法，得到了能夠表達(dá)水中ver der Waals及氫鍵作用的直接相關(guān)函數(shù)，計算結(jié)果與X

3、-衍射實驗數(shù)據(jù)相符;計算了不同力場條件下的直接相關(guān)函數(shù)與徑向分布函數(shù)，經(jīng)實驗值和模擬值檢驗，選擇TIP4P/ice為最優(yōu)力場;由此計算了H2O的汽液平衡，結(jié)果與實驗值一致，表明模型對體系中氫鍵貢獻(xiàn)的定量表征是合理、可靠的。
　　3、基于冰晶胞的結(jié)構(gòu)特征，將正格矢量中加入微調(diào)矢量，建立了針對冰晶體的正格矢量搭建方法，可準(zhǔn)確描述其特殊的錯位六角晶型這一復(fù)雜結(jié)構(gòu);將H2O中的氫鍵作用與分子結(jié)構(gòu)對能量的貢獻(xiàn)引入自由能泛函表達(dá)，構(gòu)建了相應(yīng)的