纳米受限流体：水与其他液体相比的独特性
软凝聚态物质
2022-07-01 v1
摘要
纳米受限可以极大地改变液体的行为，以其反直觉的性质令我们感到困惑。此外，它在应用中也具有相关性，包括去污染和结晶控制。对于具有不同体相性质的流体，目前仍缺乏系统的分析。在此我们填补了这一空白。我们通过分子动力学模拟，比较了在石墨烯狭缝孔中的三种不同液体：(A) 一种简单流体，如氩，由Lennard-Jones势描述；(B) 一种反常流体，如液态金属，由各向同性核软化势建模；(C) 水，典型的反常液体，具有方向性氢键。我们研究了狭缝孔宽度如何影响流体的结构、热力学和动力学。我们验证了所有流体在改变孔径时，均如预期般表现出相似的振荡性质。然而，这三种流体的自由能极小值的性质截然不同：i) 仅对于简单液体，所有极小值都是能量驱动的，且其结构有序度随着狭缝孔宽度的减小而增加；ii) 仅对于各向同性核软化势，所有极小值都是熵驱动的，且极小值处的能量随着狭缝孔宽度的减小而增加；iii) 只有水的极小值性质发生了改变：单层极小值是熵驱动的，与简单液体不同；而双层极小值是能量驱动的，与另一种反常液体不同。此外，对于亚纳米狭缝孔，水的扩散有大幅增加，变得比体相更快。相反，另外两种流体的扩散振荡比水小得多，且随着狭缝孔宽度的减小而减慢。我们的结果阐明了在类似受限条件下，纳米受限水与其他（简单或反常）流体相比具有独特性，并可能与纳米孔应用相关，例如从污染物中净化水。
引用
@article{arxiv.2108.11225,
title = {Nanoconfined fluids: Uniqueness of water compared to other liquids},
author = {Fabio Leoni and Carles Calero and Giancarlo Franzese},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.11225},
year = {2022}
}