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均匀电场对冰晶结构及生长的影响
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O643[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]清华大学工程力学系,北京100084
  • 相关基金:国家自然科学基金(51321002,50876049)资助项目
中文摘要:

采用分子动力学模拟方法研究了强度为4.0-40.0 V·nm-1的均匀电场对过冷水冰晶结构和冰晶生长速率的影响.文中通过CHILL算法来识别不同的冰相结构,通过拟合Avrami公式来得到冰晶生长所需的特征时间.结果表明,在所施加的电场强度范围内生成的冰相以立方冰为主.随着电场强度的增加,形成的立方冰的变形程度逐渐增大,冰晶的密度从0.98 g·cm-3增加到1.08 g·cm-3,同时冰晶生长的特征时间从5.153 ns减小到0.254 ns,冰晶生长的速率逐渐增长.对水分子的动力学分析表明,冰晶生长速率增加的部分原因是电场能够促进水分子运动到形成冰晶所需要的取向.此外,对冰相分子形成过程的分析表明缺陷冰分子在冰晶的生长过程中扮演着中间态的角色.随电场强度的增加,由缺陷冰转变为立方冰的比例增长的速率逐渐提高.

英文摘要:

Homogeneous crystal ization of supercooled water under electric field with strength ranging from 4.0 to 40.0 V·nm-1 was investigated by using molecular simulation technique. The liquid-solid transition was successful y obtained based on ice component analysis using the CHILL algorithm. The analysis suggested that the produced crystal ine was cubic ice dominant. The influence of the field strength on the structure and the growth rate of the ice was studied. The results revealed that the presence of an electric field drove the system to crystal ize rapidly into dense and distorted cubic ice. The density of the crystals increased as a function of the field strength, from 0.98 to 1.08 g·cm-3. The growth rate of the ice nucleus increased along with the field strength according to the characteristic time derived from the Avrami equation which ranged from 0.254 to 5.513 ns. This type of acceleration can be partial y attributed to the enhancement of the rotational dynamics of the water molecules. Moreover, by monitoring the formation history of the cubic ice, we found that the defective ice acted as a transition state linking the liquid water and the cubic ice.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781