納米限域空間內(nèi)流體吸附及相變行為的基礎(chǔ)研究——蒙特卡羅分子模擬.pdf

1、吸附是人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它在物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域起著重要的作用，甚至在某些工業(yè)領(lǐng)域（如催化）其應(yīng)用更為重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分子模擬以其自身的優(yōu)勢在這一領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注。限域空間內(nèi)流體發(fā)生的吸附是由流體分子與固體原子間的相互作用所引發(fā)的一種發(fā)生在多孔材料界面上的現(xiàn)象，研究吸附的目的就是尋找并發(fā)現(xiàn)隱藏在這一現(xiàn)象后面的規(guī)律，然后利用這些規(guī)律指導(dǎo)如何恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用現(xiàn)有的多孔材料，以及正確地設(shè)計(jì)新型

2、多孔材料。本文利用蒙特卡羅分子模擬，主要對吸附現(xiàn)象中流體的2D、3D相變以及氣-液相平衡等進(jìn)行了詳細(xì)的分析，工作涉及的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，有必要知道具有何種孔結(jié)構(gòu)的限域空間具有最優(yōu)的吸附能力，即單位物理體積可以填充相對較多的流體分子;另外更有必要知道不同限域空間內(nèi)不同流體填充效應(yīng)的異同。本文通過引入可進(jìn)入孔容積概念，研究了不同限域空間內(nèi)不同流體的填充效應(yīng)，模擬出了長縫隙孔和圓柱孔內(nèi)同種流體分子填充量

3、和排列方式，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的等量吸附熱與液-固或液-液勢能有重要關(guān)系;
　　(2)對亞臨界條件下流體的吸附等溫線及等量吸附熱進(jìn)行了分析和研究，發(fā)現(xiàn)孔表面曲率和液-固相互作用勢能阱深度會影響限域內(nèi)流體的層狀轉(zhuǎn)變，固體表面缺陷對2D相變臨界溫度具有顯著影響;
　　(3)通過對限域內(nèi)流體的相平衡進(jìn)行研究，提出一種計(jì)算限域空間內(nèi)流體相平衡位置的新方法—中間密度法，并通過實(shí)例和熱力學(xué)方法證明了該方法的可行性。此外，本文還將這種新方法應(yīng)用到了

4、不同的吸附系統(tǒng)中，并分別對第一、第二定律相平衡轉(zhuǎn)變進(jìn)行了詳細(xì)的研究、分析、對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第二定律相平衡轉(zhuǎn)變機(jī)制與限域內(nèi)流體的毛細(xì)管蒸發(fā)機(jī)制相同;
　　(4)鑒于傳統(tǒng)的狀態(tài)方程、密度泛函、分子模擬等方法在處理超臨界狀態(tài)下限域流體吸附行為時(shí)存在吸附熱的無限大問題，通過引入吸附積分摩爾焓變這一表征方法解決了該問題。
　　總而言之，利用蒙特卡羅分子模擬，通過對納米限域空間內(nèi)流體的吸附及相變行為進(jìn)行研究，本文在吸附機(jī)理及相變等基礎(chǔ)理論