浓度梯度驱动二维膜稳态流体传输的非平衡分子动力学研究
软凝聚态物质
2023-12-06 v1 统计力学
流体动力学
摘要
我们首次使用一种新颖的非平衡算法，通过分子动力学（MD）模拟了由浓度梯度引起的通过二维（2D）膜的稳态流体传输。我们确认，正如线性响应区中 Onsager 倒易关系所要求的那样，使用该算法获得的溶液通量与已确立的用于压力驱动流的非平衡 MD 算法获得的过剩溶质通量一致。此外，我们表明，在该区域中，通过使用我们的算法显式施加跨膜浓度差来量化浓度梯度溶液通量，比通过对压力驱动流应用 Onsager 倒易关系要高效得多。对于大范围的溶液和膜参数，我们先前推导的浓度梯度驱动通过二维膜的流体传输连续介质理论 [J. Chem. Phys. 151, 044705 (2019)] 以合理的定量精度捕捉了模拟的流体通量，即使模拟的孔径仅为流体粒子尺寸的数倍。模拟结果尤其在与热能相比强的溶质-膜相互作用情况下偏离理论，此时理论近似失效。我们的发现将有助于从分子层面理解由浓度梯度驱动的通过二维材料制成的膜的流体传输，其在能量收集、分子分离和生物传感中具有多种应用。
引用
@article{arxiv.2309.16103,
title = {Non-equilibrium molecular dynamics of steady-state fluid transport through a 2D membrane driven by a concentration gradient},
author = {Daniel J. Rankin and David M. Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.16103},
year = {2023}
}