结晶纤维素 I 和 II 中表面重组与润湿的分子模拟
材料科学
2013-07-23 v1 生物物理
化学物理
摘要
纤维素是世界上用途最广泛的物质之一。近年来，其巨大的应用多样性得到了有趣的纳米技术应用的补充。制造复杂的纤维素基材料需要彻底了解表面结构及其与吸附物的相互作用。在本研究中，我们调查了几个具有纳米技术意义的表面模型系统，这些系统是通过重组纤维素 - 真空或纤维素 - 水界面而从结晶纤维素板获得的。为此，我们根据晶体学数据构建了超胞，然后优化了界面结构。从体相和表面系统计算了结构性质，如晶胞参数、二面角构象分布、密度分布和氢键。结果表明，界面处未发生整体的几何重构。然而，氢键网络发生了强烈的重建，这可以从二面角构象和氢键的出现推断出来，尽管仅限于前几层。这对于低指数密排结构以及高指数疏松堆积表面均成立。用环境压力下的水分子取代真空后，我们发现纤维素表面的重排较少，因为水允许形成类似于体相中的氢键。然而，纤维素表面附近的水显示出强烈的结构变化。我们观察到水分子的流动性降低，这对应于在约 10 Å 厚的板中水被冷却了约 30 度。尽管在所有表面上都观察到了结构化和吸附现象，但未观察到水实际渗透到纤维素结构中。这表明纯水不足以在介观时间尺度上产生纤维素溶胀。
引用
@article{arxiv.1212.2426,
title = {Molecular simulation of surface reorganization and wetting in crystalline cellulose I and II},
author = {Reinhard J. Maurer and Alexander F. Sax and Volker Ribitsch},
journal= {arXiv preprint arXiv:1212.2426},
year = {2013}
}