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界面范德华作用对石墨烯/聚乙烯复合材料弹性性能的影响

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复合材料科学与工程 2023年第7期 26-34页

作者：黄立新张院秀黄君广西大学土木建筑工程学院南宁530004 南宁学院土木与建筑工程学院南宁541699 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004

本文结合细观力学和有限元法,采用代表体积单元研究石墨烯/聚乙烯复合材料的弹性性能,分析界面范德华作用对复合材料弹性性能的影响。有限元模型中,石墨烯的碳碳键采用弹簧单元模拟,基体采用实体单元,界面范德华作用采用刚度为Lennard-J... 详细信息

本文结合细观力学和有限元法,采用代表体积单元研究石墨烯/聚乙烯复合材料的弹性性能,分析界面范德华作用对复合材料弹性性能的影响。有限元模型中,石墨烯的碳碳键采用弹簧单元模拟,基体采用实体单元,界面范德华作用采用刚度为Lennard-Jones势函数的二次导数的弹簧单元模拟。其中,范德华数量通过一个简单数学模型确定,弥补了已有研究忽视范德华数量的缺陷。本文采用三明治和嵌入式代表体积单元模型讨论了不同石墨烯尺寸和体积含量下,界面范德华作用对石墨烯/聚乙烯复合材料杨氏模量和泊松比的影响,研究表明界面范德华作用对石墨烯/聚乙烯复合材料杨氏模量影响较大,尤其对沿石墨烯厚度方向的杨氏模量提升显著,对泊松比影响较小。

关键词：范德华作用石墨烯复合材料有限元法弹性性能

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范德华作用的量子化学研究(一)

物理化学进展 2013年第2期2卷 21-26页

作者：周光耀中山市雅居乐塞纳湖中山

用量子化学耦合簇CCSD/aug-cc-pVTz等方法,计算了稀有气体分子,作了电子密度差及图形,通过图形解读了范德华作用的本质和形成机理。提出了范德华作用的量子化学图景是:原子或分子配对的电子云球相碰,由于Pauli互斥,电子云球变形,形成了... 详细信息

用量子化学耦合簇CCSD/aug-cc-pVTz等方法,计算了稀有气体分子,作了电子密度差及图形,通过图形解读了范德华作用的本质和形成机理。提出了范德华作用的量子化学图景是:原子或分子配对的电子云球相碰,由于Pauli互斥,电子云球变形,形成了电子一定程度的回避,同时产生了一定程度的电子共享,达到吸引和排斥的平衡,从而构成了范德华力。认为范德华作用的本质也是一种波函数在起作用,并因此构成了核之间吸引共享电子,也是一种化学作用力。

关键词：量子化学范德华作用电子密度差稀有气体

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范德华作用的量子化学研究(三)

物理化学进展 2013年第4期2卷 47-53页

作者：周光耀中国中山市雅居乐塞纳湖中山

本文用量子化学耦合簇CCSD/aug-cc-pVTz方法,计算了一些分子间范德华作用体系:氢分子二聚体,氢分子与氦、氖。并作了相应的电子密度差及图形。通过对图形分析,认为分子间范德华作用是在分子双方配对电子互斥、制约之下形成的电子共享,... 详细信息

本文用量子化学耦合簇CCSD/aug-cc-pVTz方法,计算了一些分子间范德华作用体系:氢分子二聚体,氢分子与氦、氖。并作了相应的电子密度差及图形。通过对图形分析,认为分子间范德华作用是在分子双方配对电子互斥、制约之下形成的电子共享,是配对电子互斥与电子共享吸引所形成的平衡,是有方向性和饱和性的,是一种化学作用。其中伴随着的电子转移,符合电负性均衡原理。

关键词：量子化学范德华作用电子密度差氢分子

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范德华作用的量子化学研究(二)

物理化学进展 2013年第3期2卷 33-39页

作者：周光耀中国中山市雅居乐塞纳湖中山

本文通过用量子化学耦合簇CCSD/aug-cc-pVTz方法,对稀有气体二聚体He-He的键长进行了扫描,对键长变化过程中的每个点作了电子密度差及图形,通过这连贯变化的图形,解读了范德华作用的本质和形成机理。当He-He逐渐缩短距离时,配对的电子... 详细信息

本文通过用量子化学耦合簇CCSD/aug-cc-pVTz方法,对稀有气体二聚体He-He的键长进行了扫描,对键长变化过程中的每个点作了电子密度差及图形,通过这连贯变化的图形,解读了范德华作用的本质和形成机理。当He-He逐渐缩短距离时,配对的电子云球相碰。由于Pauli互斥,电子云球变形,形成了电子一定程度的回避,同时产生了一定程度的电子共享,达到吸引和排斥的平衡,从而构成了范德华力。整个过程用动画生动地展示出来了。

关键词：量子化学范德华作用电子密度差稀有气体

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微纳结构范德华作用及其对动力学行为的影响

微纳结构范德华作用及其对动力学行为的影响

作者：杨佳豹南京航空航天大学

学位级别：硕士

范德华作用广泛存在于自然界。真空中两个原子的负六次方对势作用、两块完美平行金属板间的相互吸引力都属于范德华作用。范德华力直接参与各种微观/细观系统的力学过程,甚至起决定性作用。基于多电子波函数的从头算理论可精确地计算原... 详细信息

范德华作用广泛存在于自然界。真空中两个原子的负六次方对势作用、两块完美平行金属板间的相互吸引力都属于范德华作用。范德华力直接参与各种微观/细观系统的力学过程,甚至起决定性作用。基于多电子波函数的从头算理论可精确地计算原子数很少的低维晶体或具有周期性重复晶胞的体相材料范德华能,但受限于巨大的数值计算量,难以用于复杂的真实微纳米力学系统的研究。本文基于栗弗席兹(Lifshitz)理论、第一性原理计算、动力学数值仿真手段,对反常范德华势场下微纳平板的动力学行为、连续介质间的范德华屏蔽效应、激子效应对二维晶体长程范德华作用的影响进行了系统的理论研究,取得如下成果:1)基于Lifshitz理论计算金悬浮板或特氟龙悬浮板在乙醇中与特氟龙涂层-金基底作用下受到的反常范德华作用势:其中金悬浮板受到反常范德华势井作用,特氟龙平板受到反常范德华势垒作用。通过动力学仿真模拟悬浮板在范德华作用下从不同位置释放的动力学过程。在接近平衡间距时,粘性阻尼起主要作用,金悬浮板释放后直接回到平衡位置;在靠近基底时,范德华力起主导作用,金悬浮板可发生振动,往复多次穿过平衡位置。特氟龙悬浮板释放时则需要一定的初速度才能越过势垒。此外,计算表明涂层或基底的厚度对于反常范德华作用及悬浮板动力学具有显著影响。2)基于密度泛函原理计算体相硅和氮化硼的介电函数,并通过Lifshitz理论研究中间层对上下基底间的范德华屏蔽效应。在间距由短变长的过程中,屏蔽效果表现出非单调性,产生最大屏蔽比例的距离与屏蔽层厚度成正比。相同厚度的屏蔽层对不同厚度的基底屏蔽时,基底越薄,屏蔽效果越强。3)通过第一性原理GW-BSE理论计算考虑电子-空穴作用的二维晶体的介电函数,通过Lifshitz理论计算激子效应对于二维晶体层间范德华能的影响。电子-空穴作用对范德华能的影响间距依赖,在0-100(?)间距内,大多数二维晶体中的激子效应对范德华作用为增强效应,某些半导体中的激子效应对范德华作用为减弱效应;长程时,在间距大于10000(?)后,激子效应对范德华能可达到30%的增强效果。激子效应对二维晶体范德华能的影响是远高于对体相半导体范德华能的影响,这种现象可归结于二维晶体的超薄特性引起的显著激子结合能。

关键词：范德华作用反常范德华作用动力学范德华屏蔽效应二维晶体激子效应

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季铵盐表面活性剂改性下煤泥界面范德华作用

季铵盐表面活性剂改性下煤泥界面范德华作用

作者：徐雯楠太原理工大学

学位级别：硕士

煤在洗选过程中会产生大量细粒煤和细泥物质。煤泥水中这些细粒煤粒度细、灰分高、粘性大,造成煤泥水沉降与固液分离困难。煤泥水中的细泥物质主要是黏土矿物,黏土矿物粒度细,并且在水中浸泡后易分散成更细的颗粒,在煤泥水体系中形成难... 详细信息

煤在洗选过程中会产生大量细粒煤和细泥物质。煤泥水中这些细粒煤粒度细、灰分高、粘性大,造成煤泥水沉降与固液分离困难。煤泥水中的细泥物质主要是黏土矿物,黏土矿物粒度细,并且在水中浸泡后易分散成更细的颗粒,在煤泥水体系中形成难以沉降的稳定的胶体悬浮液。黏土矿物(蒙脱石)由于其分散性更强,电负性更大以及其特殊的层状结构,是造成煤泥水沉降效率低下最为显著的黏土矿物。说明微细蒙脱石和煤炭是造成煤泥水难沉降与固液分离困难的主要原因。找到合理有效的煤泥水沉降的方法至关重要。本文通过季铵盐表面活性剂(QASs)对煤泥水进行了沉降,并研究了 QASs分别与蒙脱石和煤炭之间的范德华相互作用。在QASs-蒙脱石的范德华作用研究中,蒙脱石的硅氧烷表面以及试剂有机官能团的介电常数和折射率很难通过试验获得,因此,难以通过Lifshitz理论研究水溶液中季铵盐表面活性剂(QASs)亲水端与蒙脱石间的范德华相互作用。本文通过实验比较了 5种不同的QASs(十二烷基三甲基氯化铵DTAC、十六烷基三甲基氯化铵CTAC、十八烷基三甲基氯化铵STAC、十六烷基二甲基苄基氯化铵HDBAC和十六烷基氯化吡啶CPC)与蒙脱石表面的范德华作用规律。根据QASs亲水端与蒙脱石之间的偶极作用,可分为(1)固定偶极-固定偶极相互作用;(2)诱导偶极-固定偶极相互作用;(3)诱导偶极-诱导偶极相互作用。对于具有不同亲水端的QASs,在水溶液中与蒙脱石表面间的相互作用与亲水端基团偶极大小成正相关,其中CPC(范德华能WVDW=-19.104kJ/mol,范德华作用常数 C=2.06× 10-72 J.m6)>HDBAC(WVDW=-14.767 kJ/mol,C=1.37×10-72 J·m6)>CTAC(WVDW=-10.863 kJ/mol,C=1.26×10-72 J·m6),(?)(WVDW=-17.533 kJ/mol,C=1.89×10-78J·m6)>(?)(WVDW=-13.196kJ/mol,C=1.22×10-78J·m6)>(?)(WVDW=-9.305 kJ/mol,C=1.14×10-78J·m6)。疏水基团与蒙脱石之间的相互作用主要为诱导偶极-诱导偶极相互作用,对于带有不同疏水端的QASs,其与蒙脱石之间的范德华作用能的差异是因为疏水端CH2吸附的叠加作用差异,其中STAC(WVDW=-11.062 kJ/mol,C=1.11×10-72 J·m6)>CTAC(WVDW=-10.863 kJ/mol,C=1.26×10-72 J·m6)>DTAC(WVDW=-10.496 kJ/mol,C=1.62×10-72J·m6),其中CH3(WVDW=-0.143 kJ/mol,C=1.75×10-80 J·m6)>CH2(WVDW=-0.095 kJ/mol,C=1.17×10-80 J·m6)。通过 Zeta 电位及吸附量实验研究了静电吸附量与范德华吸附量,获得了 QASs在蒙脱石表面的平均吸附距离,分别为 dDTAC=2.13 nm、dC TAC=2.03 nm、dSTAC=1.98 nm、dHDBAC=1.95 nm、dCPC=2.00 nm。另外,FTIR结果确定QASs的吸附为物理吸附,环境SEM定性观测了疏水絮团的形貌,FBRM、TG-DSC及沉降上清液透光率定量分析了 QASs的疏水作用强弱,C80吸附热和吸附量实验分析了 QASs疏水作用。煤表面与QASs之间的相互作用对吸附和煤泥水的固液分离至关重要。在QASs-煤的范德华作用研究中,为了研究疏水表面(煤表面)与小分子有机物之间的相互作用,利用原子力显微镜测量了有机物[硝基和苯基、吡啶、苯基、烷基链(己基)或环烷基(己基)]与煤岩组分(壳质组或惰质组)之间的相互作用力。相互作用强度依次为硝基和苯基>吡啶>苯基>烷基链(己基)>环烷基(己基),并且,壳质组>惰质组。壳质组比惰质组具有更大的疏水性,疏水性越强相互作用力越大。使用五种QASs(DTAC、CTAC、STAC、HDBAC和CPC)处理褐煤和煤泥水,对比处理后褐煤表面的复吸水率和煤泥水的沉降,QASs疏水改性的顺序为CTAC>HDBAC>DTAC>CPC>STAC。因此,煤表面与有机物之间的相互作用需要考虑两个规则:(1)煤表面的溶剂化或疏水特性;(2)有机物的范德华力。规则1和规则2的本质区别在于,随着疏水颗粒尺寸的增加,界面周围的水分子间的氢键结构会发生很大的变化,这就形成了巨大的疏水特性或溶剂化作用。在水溶液中,煤泥水沉降效率与表面活性剂亲水端偶极大小成负相关。表面活性剂亲水端偶极越大,其与煤表面的相互作用越强。煤的疏水性越强,煤的表面水密度越低,表面活性剂与亲水颗粒表面的高密度水斥力越大,导致煤泥水的沉降效果越差。因此,亲水端偶极小的

关键词：煤泥水蒙脱石范德华作用疏水改性季铵盐表面活性剂

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范德华作用的量子化学研究(四)

物理化学进展 2014年第1期3卷 1-10页

作者：周光耀中国中山市雅居乐塞纳湖中山

本文通过耦合簇CCSD等量子化学方法,计算了一些分子间范德华作用体系:氢分子晶面(H2)6,氢分子晶胞((H2)6)2,苯分子二聚体(C6H6)2,以及氢分子与氟化氢二聚体HH----FH。并作了相应的电子密度差图形。通过图形分析,研究了范德华作用,讨论... 详细信息

本文通过耦合簇CCSD等量子化学方法,计算了一些分子间范德华作用体系:氢分子晶面(H2)6,氢分子晶胞((H2)6)2,苯分子二聚体(C6H6)2,以及氢分子与氟化氢二聚体HH----FH。并作了相应的电子密度差图形。通过图形分析,研究了范德华作用,讨论了取向力、诱导力,分析了配位键、氢键、范德华作用之间的异同。归纳了分子间范德华作用的机理、特征。范德华作用与共价键、氢键,有着统一的本质:在一定的格局下共享电子产生引力,来抗衡核与核、电子与电子的排斥,并达到平衡。

关键词：量子化学范德华作用电子密度差氢分子晶胞分子间π-π相互作用

层状化合物的密度泛函理论研究:范德华作用的影响

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层状化合物的密度泛函理论研究:范德华作用的影响

中国化学会第28届学术年会

作者：吴沣蒋鸿北京大学化学与分子工程学院

＜正＞以石墨为代表的层状化合物因能形成如石墨烯这样的单层纳米结构材料而引起人们很大的关注。对于如石墨（C）,六方氮化硼（h-BN）,二硫化钼（MoS2）等层状化合物,范德华力在层间结合中起着主导作用。传统的基于局域密度近似或广义... 详细信息

＜正＞以石墨为代表的层状化合物因能形成如石墨烯这样的单层纳米结构材料而引起人们很大的关注。对于如石墨（C）,六方氮化硼（h-BN）,二硫化钼（MoS2）等层状化合物,范德华力在层间结合中起着主导作用。传统的基于局域密度近似或广义梯度近似（LDA/GGA）的密度泛函理论（DFT）方法对于范德华力

关键词：范德华作用密度泛函理论层状化合物石墨烯二硫化钼

来源： cnki会议评论

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范德华力作用下碳纳米管弯曲行为的研究

范德华力作用下碳纳米管弯曲行为的研究