在水泥纳米孔中冰的封闭结晶的分子模拟
Xinping Zhu1,2, Matthieu Vandamme2, Zhengwu Jiang1
1Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials of Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China.
The Journal of chemical physics
|October 18, 2023
概括
纳米封闭改变了冰结晶的动力学和热力学. 模拟显示冰的增长速度变化和融化温度降低,预融水膜受到表面杂质的影响.
科学领域:
- 封闭系统的物理 封闭系统的物理
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 计算化学是一种计算化学.
背景情况:
- 与散装水相比,在纳米限制下结的水具有独特的物理行为.
- 纳米级的实验研究具有挑战性,阻碍了对冷水的封闭效应的充分理解.
- 分子动力学模拟为研究纳米尺度现象提供了强大的工具.
研究的目的:
- 调查纳米封闭对冰的增长动力学和冰液平衡的影响.
- 模拟一个封闭的水泥系统中的冰结晶.
- 分析封闭和表面杂质在冷过程中对水特性的影响.
主要方法:
- 使用TIP4P/Ice和CSH-FF模型进行分子动力学模拟.
- 在一个封闭的水泥系统中模拟冰结晶,低至220 K.
- 调整界面检测和CHILL/CHILL+算法用于冰的增长分析.
主要成果:
- 与散装水相比,封闭将最大的冰增长率转移到更高的温度.
- 封闭和表面杂质都会减缓冰的增长.
- 一个适应的森方程准确地预测了散装和封闭冰的融化线Ih.
- 隔离系统地将冰的融化温度降低约5K.
- 在墙壁和冰之间形成1纳米厚的预融水膜,随着温度的下降而变薄.
结论:
- 纳米封闭显著改变了水结的动态和热力学.
- 表面杂质在形成低于250K的预水纳米膜方面发挥着关键作用.
- 适应的姆森方程提供了一种可靠的方法来预测局限系统中的化行为.


