【摘 要】
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大量研究表明石墨烯纳米通道在气体分离、海水淡化和离子筛选等过程中展现出极为高效的水输运能力和精准的尺寸选择性,因此研究石墨烯纳米通道内受限水有序的氢键网络行为和通道内复杂的固液界面效应是水科学研究领域的重要分支和国际前沿热点。但当前学术界对于纳尺度受限流动机理等许多基础科学问题仍存在讨论与质疑。我们从“石墨烯纳米通道内二维受限水的摩擦行为”这一科学问题入手,采用分子动力学模拟的研究方法,建立不同平
【机 构】
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中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,复杂系统力学协同创新中心,中国科学技术大学近代力学系,合肥230027
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大量研究表明石墨烯纳米通道在气体分离、海水淡化和离子筛选等过程中展现出极为高效的水输运能力和精准的尺寸选择性,因此研究石墨烯纳米通道内受限水有序的氢键网络行为和通道内复杂的固液界面效应是水科学研究领域的重要分支和国际前沿热点。但当前学术界对于纳尺度受限流动机理等许多基础科学问题仍存在讨论与质疑。我们从“石墨烯纳米通道内二维受限水的摩擦行为”这一科学问题入手,采用分子动力学模拟的研究方法,建立不同平均面密度的水分子在单层石墨烯通道内的微观模型,对石墨烯通道内单层受限水的氢键结构和动力学行为进行分析。用统计平均的方法计算出弛豫后水分子的平均原子势能和石墨烯通道的侧压强,并结合氢键网络结构将受限水关于平均面密度变化的形态变化分为五个阶段:带孔洞类方形结构,无序结构,亚稳态,方形冰,褶皱方形冰。最后使用Green-Kubo公式计算摩擦系数,重点揭示受限水的氢键结构在亚稳态阶段对其输运行为的影响机理,给出受限水的摩擦行为随平均密度变化的具体原因。
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