Вода у вуглецевих нанотрубках
У цій частині роботи досліджено поведінку води всередині вуглецевих нанотрубок .
Вода у процесах дифузії крізь нанотрубки грає роль середовища , тому її поведінка суттєво впливає на проходження речовини крізь нанотрубку .
Дипольний момент води
Перед тим як перейти до результатів , які стосуються дипольного моменту води в вуглецевих нанотрубках , декілька слів відносно моделей води , які використовують у молекулярній динаміці .
На сьогодні існує досить велика кількість моделей води , які використовують в обчислювальній фізиці ( 45 моделей ) .
Кожна з моделей зазвичай розроблена так , щоб коректно відтворювати ті чи інші параметри реальної води .
Також різні моделі води сильно відрізняються за кількістю обчислювальних ресурсів , які необхідно витратити для моделювання систем з їхнім використанням .
Використання більш « обчислювально важких » моделей може покращити відповідність деяких параметрів до параметрів реальної води , але водночас накладає сильні обмеження на величину модельованої системи та на досяжні часи такого моделювання .
Так прості моделі можнавикористати для моделювання великих ( > 10000 молекул ) систем на досить великі часи
( >10 нс ) , водночас для складніших моделей досяжні розміри модельованих систем порядка 100 - 1000 молекул та час порядка пікосекунд .
З одної сторони складніші моделі краще описують параметри води , але обмеження на розміри системи і досяжні часи моделювання може викликати небажані артефакти .
На даний момент немає таких моделей води , за допомогою яких можливим було б моделювання куб води розміром 100х100х100 нм на мілісекунди чи більше .
Таким чином , вибір моделі води , яку використовуватимуть під час моделювання , є досить складним питанням і сильно залежить від параметрів системи , які є предметом безпосереднього інтересу .
Можна умовно поділити всі моделі води за кількістю сайтів взаємодії ( interaction site ) .
Взаємодія з реальною молекулою замінюється на взаємодію з потенціалами з центрами у сайтах взаємодії .
Таким чином всі моделі поділяють моделі з трьома , чотирма , п'ятьма або шістьма сайтами взаємодії .
Загальна схема цих моделей зображена на рис . 8 .
Всі атоми в моделях на рис . 8 а ) , b ) , c ) знаходяться в одній площині , а на рис . 8 d ) – структура майже тетрагональна .
Параметрами l1 , l2 позначено відповідні відстані , θ , φ — кути ; q 1 , q2 — заряди ; σ — параметр ван-дер-ваальсової взаємодії ( саме ним визначається « радіус » молекули ) .
Нижче наведена таблиця з параметрами для деяких моделей ( табл . 1 ) .
Параметр ε у цій таблиці — це один з параметрів , якими задається ван-дер-ваальсова взаємодія для потенціалу Леннарда - Джонса .
Грубо кажучи , він відповідає за « глибину » мінімуму цього потенціалу .
Крім кількості сайтів взаємодії , моделі відрізняються й іншими характеристиками .
Наприклад , у деяких моделях параметри l1 та l2 є незмінними ( жорсткі моделі ) , або змінюються ( гнучкі моделі ) .
Форма потенціалу , який діє на атоми при зміні параметрів l1 та l2 , теж може бути різною ( гармонічний / агармонічний ) .
Також деякі моделі враховують поляризацію молекули води ( SPC / Fw , TIP3P / Fw , PPC , SWM6 та інші ) .
У таблиці 2 наведено деякі фізичні властивості моделей .
Таблиця 3 містить дані про відхилення значень деяких параметрів від експериментального значення ( теплоємність , в’язкість та теплопровідність ) .
Дані подано у відсотках від експериментального значення .
У таблиці 4 наведено дані про квадрупольні та октупольні моменти води для різних моделей .
Початок координат для квадрупольних моментів співпадає з положенням атому оксигену , для октупольних моментів із центром мас .
Орієнтація осей згідно з рис . 9 .
