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分子动力学模拟纳米颗粒添加剂对边界润滑的影响

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中国机械工程 2023年第10期34卷 1140-1150页

作者：潘伶林国斌韩雨晴余辉福州大学机械工程及自动化学院福州350108 福州市摩擦与润滑行业技术创新中心福州350108

通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型,采用分子动力学分别模拟了在25,50,100,200 MPa 4种压力下,含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑... 详细信息

通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型,采用分子动力学分别模拟了在25,50,100,200 MPa 4种压力下,含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑油沿膜厚方向的密度分布。在润滑体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子与铜颗粒原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。采用微纳米划痕仪测量了含铜颗粒润滑剂的摩擦因数。结果表明:不同压力下两种润滑体系中的十六烷基础油均出现分层现象;纳米粗糙峰直接接触时,接触界面仍存在少量的正十六烷分子,且分子主链的排列方向与剪切方向相同;在200 MPa时铜颗粒使固体壁面的最大应力减小35.3%,提高了润滑体系的承载能力;不含铜颗粒润滑体系润滑油膜在50 MPa时破裂,含铜颗粒润滑体系润滑油膜在200 MPa时破裂;模拟计算的边界润滑状态下两种润滑体系的摩擦因数符合试验测量值。

关键词：边界润滑分子动力学纳米颗粒添加剂粗糙面接触

分子动力学模拟研究未冻水对冰晶体力学性质的影响

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冰川冻土 2023年第2期45卷 624-640页

作者：陈文婷张鹏陈雪萍马旭张莲海吴青柏中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 磁共振冻融成冰过程动态分析联合实验室甘肃兰州730000

冰力学性质的研究在冻土工程、冰工程中都占据极其重要的地位,冰中未冻水含量的变化会导致冰整体性质随之改变。目前,在微观分子尺度上针对冰中未冻水含量控制因素方面的研究尚不充分。本研究通过分子动力学方法模拟了5种温度、3种应变... 详细信息

冰力学性质的研究在冻土工程、冰工程中都占据极其重要的地位,冰中未冻水含量的变化会导致冰整体性质随之改变。目前,在微观分子尺度上针对冰中未冻水含量控制因素方面的研究尚不充分。本研究通过分子动力学方法模拟了5种温度、3种应变速率、4种晶粒尺寸、3种升温速率下单晶冰与多晶冰的单轴拉伸与压缩试验,研究了不同影响因素下冰晶体力学性质及内部的微观结构变化,揭示了分子尺度上未冻水在冰晶体变形过程中的产生过程与变化规律,以及未冻水比例对冰晶体力学性质影响的内在机理。模拟结果显示,单晶冰力学性质与未冻水比例间的关系不显著,与冰晶体六元环结构的破损程度直接相关。此外,力学性质受温度、应变量、应变速率等多因素影响,且在拉伸和压缩过程中单晶冰均表现出明显脆性破坏,其强度随温度降低和应变速率加快而增强。相比之下,多晶冰力学性质与未冻水比例变化密切相关,且未冻水比例主要受温度、晶粒大小及其界面状态控制。而且,多晶冰对温度和应变速率更敏感,说明晶界处的结构变化对其力学性能起重要作用。与弹性变形不同,晶界滑移、晶粒旋转、非晶化和再结晶等过程主导多晶冰的塑性变形。

关键词：分子动力学冰晶体未冻水力学性质控制作用

分子动力学分析Cu/Al_(2)Cu/Al体系的扩散过程

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材料热处理学报 2023年第11期44卷 167-175页

作者：崔云峰王文焱谢敬佩王爱琴毛志平高铭河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心河南洛阳471023 洛阳双瑞万基钛业有限公司河南洛阳471832

基于分子动力学方法,对Cu/Al_(2)Cu/Al体系界面扩散过程进行了模拟研究。探讨了不同保温温度对Cu/Al_(2)Cu界面及Al/Al_(2)Cu界面扩散的影响,通过原子的均方位移和扩散系数对界面处原子的扩散行为进行分析,并通过径向分布函数和原子沿Z... 详细信息

基于分子动力学方法,对Cu/Al_(2)Cu/Al体系界面扩散过程进行了模拟研究。探讨了不同保温温度对Cu/Al_(2)Cu界面及Al/Al_(2)Cu界面扩散的影响,通过原子的均方位移和扩散系数对界面处原子的扩散行为进行分析,并通过径向分布函数和原子沿Z轴浓度分布对界面演变进行分析。结果表明:在Cu/Al_(2)Cu界面处,Cu原子能够深入扩散到Al_(2)Cu内部,而Al_(2)Cu在933 K及以上时才能在界面附近向Cu侧扩散。界面处过渡层的厚度随着保温温度的升高而增加,且过渡层逐渐向两侧扩展。在Al/Al_(2)Cu界面处,Al原子与Al_(2)Cu相互扩散的现象非常明显,Al层在扩散过程中有序结构被破坏,呈现出混乱的状态;Cu层能够保持较高的有序性,但在933 K及以上时,Cu层结构有序性逐渐被破坏,且界面附近Cu层原子的结构相较于纯Cu层更为混乱。

关键词：分子动力学 Cu Al Al_(2)Cu 界面扩散

分子动力学模拟揭示PFAS诱导PPARα激活的分子机制

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生态毒理学报 2024年

作者：陈欢何家乐肖子君苏利浩陈景文工业生态与环境工程教育部重点实验室大连市化学品风险防控及污染防治技术重点实验室大连理工大学环境学院

全/多氟烷基化合物(PFAS)可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体α (PPARα)诱导肝毒性，然而PFAS与PPARα相互作用的分子机制尚不清晰。本研究基于高斯加速分子动力学(GaMD)和分子力学-广义波恩表面积法(MM-GBSA)，计算了7种传统和新型... 详细信息

全/多氟烷基化合物(PFAS)可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体α (PPARα)诱导肝毒性，然而PFAS与PPARα相互作用的分子机制尚不清晰。本研究基于高斯加速分子动力学(GaMD)和分子力学-广义波恩表面积法(MM-GBSA)，计算了7种传统和新型PFAS与PPARα的结合自由能(ΔGbind)，结果发现ΔGbind与PFAS激活PPARα的半数效应浓度的对数值(logEC50)之间存在显著的相关性(r = 0.82， P < 0.05)。此外，氟化碳原子的数量与ΔGbind正相关，且含羧基的PFAS的ΔGbind通常比含磺酸基的PFAS更低。通过分析结构稳定性、氢键分布和配体-残基接触，揭示了PFAS的激活活性与其在PPARα口袋内的结合模式直接相关。活性较强的PFAS，优先结合到由螺旋(H) H3， H7， H11和H12组成的口袋中，与ILE354， HIS440和CYS276等关键残基形成相互作用。结果有助于筛选具有PPARα激活效应的PFAS，支持PFAS类化学品的毒性效应评估。

关键词：全/多氟烷基化合物过氧化物酶体增殖物激活受体α 肝毒性分子动力学

分子动力学模拟表面活性剂驱油的研究进展与展望

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油气地质与采收率 2024年第3期31卷 78-87页

作者：刘峰韩春硕郁林军张益刘彦成高晓泉杨凯西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 中国石油长庆油田分公司第十二采油厂甘肃庆阳745400 中联煤层气有限责任公司生产支持中心北京100015

表面活性剂在油田三次采油中具有广泛应用,从微观上对表面活性剂驱油的作用机理进行研究具有重要意义。近年来,分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟已成为油气田开发研究的一种重要方法。运用MD模拟方法对表面活性剂进行研究已成为... 详细信息

表面活性剂在油田三次采油中具有广泛应用,从微观上对表面活性剂驱油的作用机理进行研究具有重要意义。近年来,分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟已成为油气田开发研究的一种重要方法。运用MD模拟方法对表面活性剂进行研究已成为热点。通过MD模拟计算系统中所有运动粒子的牛顿方程数值解,分析原子位置随时间变化的规律。利用MD模拟研究表面活性剂分子的微观行为,从而探究表面活性剂分子的性能和微观驱油机理,MD模拟界面处表面活性剂的运动及聚集状态,分析界面处表面活性剂分子对界面体系的影响,对表面活性剂的现场应用具有一定的指导意义。为此,基于MD模拟的原理概述,首先对MD模拟中的力场、边界条件、系综类型和数值算法进行了总结;其次重点阐释了MD模拟表面活性剂驱油的微观机理,包括降低油水界面张力,改变表面润湿性,增加界面电荷及乳化作用等;介绍了MD模拟在表面活性剂驱油的应用实例;最后提出了MD模拟在表面活性剂驱油的发展方向,包括与生产相近的驱油环境、新型表面活性剂的设计、理论与实验的关系、分子力场和势能模型的优选、复合与多功能一体化表面活性剂的研发等。

关键词：表面活性剂分子动力学驱油机理提高采收率微观

分子动力学探究高压对β-乳球蛋白与多酚结合的影响

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食品与发酵工业 2022年第3期48卷 107-114页

作者：孔庆新罗丽梅黄业传徐伟平张径舟刘碧林任丽萍重庆化工职业学院制药工程学院重庆401228 荆楚理工学院生物工程学院荆门448000 西南政法大学医院重庆401120

为探究不同压力下多酚与蛋白的结合规律,以表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate, EGCG)和β-乳球蛋白为研究对象,采用分子对接和分子模拟研究两者结合能和结合机制在0.1、200、500、800 MPa时的变化。结果表明,EGCG常压... 详细信息

为探究不同压力下多酚与蛋白的结合规律,以表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate, EGCG)和β-乳球蛋白为研究对象,采用分子对接和分子模拟研究两者结合能和结合机制在0.1、200、500、800 MPa时的变化。结果表明,EGCG常压下主要结合在疏水腔(1号区域),蛋白经200和500 MPa处理后,EGCG主要结合在蛋白表面的2号区域,而800 MPa处理后至少有5个结合区域。以1号结合位点为对象进行150 ns的分子动力学模拟过程,发现200 MPa的压力处理能使蛋白结构更稳定,而500和800 MPa压力下蛋白稳定性略为降低。500 MPa及以上的压力能使蛋白的疏水表面积、α-螺旋和β-折叠减少。EGCG与β-乳球蛋白的结合自由能随压力的增加而降低,其中主要是由范德华力、氢键作用减弱所致。另外,高压下蛋白结构的变化,特别是结合位点处的变化也显著影响了EGCG与蛋白的结合。

关键词：高压 β-乳球蛋白多酚分子动力学

分子动力学在页岩气吸附研究中的应用进展与展望

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应用化工 2023年第1期52卷 181-185,192页

作者：刘峰杨飞陆红军陈军斌张荣军徐建平伍勇韩春硕杨凯西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 中国石油长庆油田公司油气工艺研究院陕西西安710018 西安石油大学西安市致密油(页岩油)开发重点实验室陕西西安710065 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院陕西西安751500

为了深入了解页岩不同矿物的微观吸附机理,从分子动力学模拟角度,简要分析了页岩吸附分子间的势能模型。以组成页岩的不同矿物为研究对象,分析页岩非黏土矿物石英、不同黏土矿物和有机质吸附的机理和影响因素,最后,针对页岩气目前的开... 详细信息

为了深入了解页岩不同矿物的微观吸附机理,从分子动力学模拟角度,简要分析了页岩吸附分子间的势能模型。以组成页岩的不同矿物为研究对象,分析页岩非黏土矿物石英、不同黏土矿物和有机质吸附的机理和影响因素,最后,针对页岩气目前的开发现状,分析了页岩气未来的研究方向,为页岩气开发应用分子动力学模拟研究提供了指导和借鉴。

关键词：分子动力学页岩甲烷吸附黏土矿物

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分子动力学模拟在冶金熔渣中的应用进展

材料导报 2021年第21期35卷 21099-21104页

作者：张晓博刘承军姜茂发东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室沈阳110819

冶金熔渣是由多种氧化物组成的熔体,常见的有硅酸盐熔渣和铝酸盐熔渣。冶金熔渣具有绝热保温、防止二次氧化、吸收钢液中夹杂物、去除钢液中有害元素等重要作用,制备性能优良的熔渣是实现冶金流程节能减排和绿色发展的重要保证,为此有... 详细信息

冶金熔渣是由多种氧化物组成的熔体,常见的有硅酸盐熔渣和铝酸盐熔渣。冶金熔渣具有绝热保温、防止二次氧化、吸收钢液中夹杂物、去除钢液中有害元素等重要作用,制备性能优良的熔渣是实现冶金流程节能减排和绿色发展的重要保证,为此有必要系统地研究冶金熔渣的熔体结构和性质。目前,采用模拟实验直接研究高温熔渣熔体结构和性质的限制因素较多,分子动力学模拟可以弥补实验研究方面的不足。由于冶金熔渣种类繁多、复杂多变,如何在冶金熔渣的微观结构与宏观性质之间建立广泛的关联是当今国内外学者的研究重点。分子动力学模拟可以获得熔渣中不同粒子对的键长、键角、配位数等完整的熔体结构数据。基于此,研究者利用熔体结构的聚合度建立了多组元熔渣黏度与熔体结构单元的定量关系。此外,熔渣的电导率与熔体结构中离子的扩散能力有关,可以通过Nernst-Einstein关系式建立电导率和熔体结构之间的关系。本文综述了分子动力学模拟在冶金熔渣中应用的相关研究。首先,对分子动力学模拟在冶金熔渣中的模拟过程进行了介绍。然后,分别详述了分子动力学模拟技术在硅酸盐熔渣和铝酸盐熔渣中的应用现状。最后,总结了现有的问题,并对分子动力学模拟在冶金熔渣中的应用进行了展望。

关键词：分子动力学冶金熔渣硅酸盐铝酸盐熔体结构黏度

分子动力学模拟晶向对B2-CuZr纳米晶/Cu_(50)Zr_(50)非晶复合材料塑性变形行为的影响

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材料导报 2022年第S1期36卷 120-125页

作者：宋晓东陶平均广东工业大学材料与能源学院广州510006

采用分子动力学(MD)模拟研究在轴向拉伸下,B2⁃CuZr纳米晶的晶向对B2⁃CuZr纳米晶/Cu_(50)Zr_(50)非晶复合材料的力学性能和塑性变形行为的影响。在模拟中,采用EAM势函数表述原子间的相互作用。计算结果表明,晶向为[110]的B2⁃CuZr纳米晶/C... 详细信息

采用分子动力学(MD)模拟研究在轴向拉伸下,B2⁃CuZr纳米晶的晶向对B2⁃CuZr纳米晶/Cu_(50)Zr_(50)非晶复合材料的力学性能和塑性变形行为的影响。在模拟中,采用EAM势函数表述原子间的相互作用。计算结果表明,晶向为[110]的B2⁃CuZr纳米晶/Cu_(50)Zr_(50)非晶复合材料在载荷作用下能够形成相互交错的剪切带,屈服强度得到提高,呈现出很好的塑性流动;而晶向为[100]和[111]的复合材料的塑性没有得到较大的改善,但是晶向为[111]的复合材料的屈服强度最高,弹性模量最大。晶向为[100]的复合材料的弹性模量最小,与Cu_(50)Zr_(50)非晶相差无几。晶向为[110]的纳米晶/非晶复合材料的弹性模量位于上述二者之间,整体呈现出更加优异的综合力学性能。

关键词：非晶合金纳米复合材料剪切带分子动力学塑性变形