冰水界面动态结构的分子动力学模拟研究

• 作者: 王瑞 任瑛 陈卫 韩永生
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 分子模拟 冰水界面 动态结构 序参量 结冰
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 表面与界面工程
• 页码范围: 1315-1323
• 页数: 8页
• 分类号: TS01
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20211479

摘要

为了探究结冰过程冰水界面结构的动态复杂性，利用分子动力学模拟方法构建微观的冰水两相共存模型，研究了冰水两相界面结构随温度和晶面的变化规律。结果表明，当冰水两相达到平衡时，冰水界面结构中存在无序水分子和有序冰晶结构的可逆动态转变，造成了界面结构的不均匀性。在改变环境温度和晶面类型时，冰水界面结构表现出不同的分布规律。在相同的温度下，一次棱柱面和二次棱柱面的界面层厚度比基面的略薄，而棱柱面水分子排列的有序性强，且存在分子间氢键的三维网络重组。当过冷度较大时，界面结构趋于六元环排列的有序状态，界面内无序水分子增多，同时水分子在界面层内的停留时间增长。从分子尺度上阐明了冰水体系界面结构的变化规律，对理解结冰过程和发展控冰技术具有一定的指导意义。