离子间层孔道在水化 Na-MMT 中的扩散作用：来自多尺度、实验验证模型的洞见
材料科学
2026-02-18 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
本研究探讨了钠montmorillonite (Na--MMT) 中层间扩散动力学，该矿物是环境修复、药物制剂和先进材料中广泛使用的粘土矿物。理解 Na--MMT 中的扩散过程至关重要，但当前模型常依赖拟合参数，或难以将传输直接关联到微观结构；即使已知结构，层间扩散也难以建模。因此，本文发展了一种基于几何的预测性粗粒度计算框架。我们的多尺度框架将原子级模拟与粗粒度孔尺度模型耦合，量化来自层间单孔、双孔、三孔以及自由孔 (>3 水分子直径) 的贡献，覆盖干密度为 -- 的范围。显式包含实验得出的板状物尺寸分布、非均匀性以及各向异性传输行为。结果表明，在所研究的密度下，层间孔道对整体水分子扩散贡献最小，传输主要由自由孔道主导。当包含层间节流效应时，预测的扩散比例因子与氚示踪测量结果高度吻合，模型成功捕捉了 Na--MMT 的显著各向异性。与晶格玻尔兹曼模拟和实验结果的验证表明，该模型可可靠再现几何节度和孔径分布。尽管存在局限性，如板状物刚性假设及三水能垒未被包含在内，本粗粒度框架仍为理解纳米约束扩散提供了稳健平台。未来工作将致力于细化层间能势图谱并纳入灵活板状物力学。
引用
@article{arxiv.2510.21880,
title = {Interlayer Pores Play a Limited Role in Diffusion Through Hydrated Na-MMT: Insights from a Multiscale, Experimentally Anchored Model},
author = {Yaoting Zhang and Mikaella Brillantes and Justine Kuczera and Keyvan Ferasat and Mia L. San Gabriel and Scott Briggs and Chang Seok Kim and George Opletal and Yuankai Yang and Jane Howe and Laurent K. Beland},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.21880},
year = {2026}
}