摩擦降低剂的从头算建模表明量子力学相互作用具有宏观表现
软凝聚态物质
2017-02-08 v1
摘要
塑料片材生产中最常用的两种摩擦降低剂是称为芥酸酰胺（erucamide）和山嵛酸酰胺（behenamide）的酰胺类，尽管化学性质几乎相同，却导致显著不同的摩擦系数值。为理解这种对比行为的起源，本工作中我们使用密度泛函理论在B97D/6-31G(d,p)理论水平下的量子力学数值模拟，对由这两类线性链状分子构成的刷子进行建模。将四条芥酸酰胺和山嵛酸酰胺链连接到一个2X10锯齿状石墨烯片，并在真空和连续溶剂中使用SMD隐式溶剂化模型进行优化。我们发现，芥酸酰胺链倾向于通过源自C13 C14处双键的π-π堆积相互作用保持更紧密聚集，而山嵛酸酰胺缺乏该特征，因此后者获得更分散的构型。我们认为，与山嵛酸酰胺刷相比，芥酸酰胺链的这种排列是芥酸酰胺刷摩擦系数更低的原因，这是协同量子力学相互作用的宏观后果。尽管此处仅模拟了量子层面的相互作用，我们表明山嵛酸酰胺链在刷子中比芥酸酰胺链更分散是这些相互作用的结果。分散的构型允许更多溶剂粒子穿透刷子，进而导致更多摩擦，与文献中报道的摩擦系数宏观测量和介观模拟一致。
引用
@article{arxiv.1611.00161,
title = {Ab Initio Modeling Of Friction Reducing Agents Shows Quantum Mechanical Interactions Can Have Macroscopic Manifestation},
author = {J. D. Hernández Velázquez and J. Barroso Flores and A. Gama Goicochea},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.00161},
year = {2017}
}
备注
To appear in The Journal of Physical Chemistry A