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多分散性对超软球体系结晶行为的影响
赵璨, 孙广凯, 雷博程, 张丽丽, 孙昭艳, 朱有亮
高等学校化学学报    2024, 45 (12): 20240388-.   DOI:10.7503/cjcu20240388
摘要   (208 HTML5 PDF(pc) (6091KB)(54)  

超软相互作用的粒子堆砌体系能够表现出微相分离、 重入熔融和单结构相变等复杂的相行为. 近年来, 超软球体系的各种性质引起了研究人员的关注, 但对这类物质结晶行为的研究仍面临困难. 本文利用分子动力学模拟方法探索了超软球体系中聚集体的静态结构和扩散行为. 研究发现, 单分散性的超软球体系会形成簇晶, 具有分散性的超软球体系聚集态结构发生了显著转变; 多分散性会降低结晶性, 在高分散度下体系中形成簇玻璃结构. 通过观测多分散体系的扩散行为发现, 体系在低温下无长程扩散现象, 而在高温下出现明显的扩散现象.



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Fig.9 Mean azimuth shift of polydisperse ultra⁃soft spherical system at different temperature
正文中引用本图/表的段落
图9为多分散超软球体系在不同温度下的均方位移图, 其中横坐标t表示时间. 从图9可以看出, 在T=0.02的低温条件下, 超软球体系在经过短时间的弹道区后, 不同分散性指数体系的MSD曲线高度几乎不随时间发生变化. 这一现象说明, 虽然分散性指数会导致体系中二聚体的堆积结构出现明显的差异, 但是体系都缺乏长程的扩散行为. 结合2.2节中对多分散超软球体系结构的分析结果可知, 在低温条件下, 单分散和分散性指数较低的体系会形成有序度较高的簇晶体; 而分散性指数较高的体系由于长程扩散行为消失,导致此时处于簇玻璃状态. 在高温(T=0.09)时, 不同的分散程度体系的MSD曲线形状基本相似, 在时间足够长的时候都进入了正常扩散区. 在T=0.07时, 单分散和分散性指数较低的体系中长程扩散的行为被显著地抑制, 而分散性指数较高的体系则出现了与之相反的长程扩散行为. 结合此时体系的结构分析结果发现, 与分散性指数较高的体系不同, 此时单分散和分散性指数较低的体系中出现了大量的有序结构, 这些有序结构的出现使得粒子丧失了长程扩散的能力. 当分散程度升高时, 由于粒子直径的较大差异会对体系结晶起到抑制作用, 分散性指数较高的体系在T=0.07时还可以继续保持液体状态.
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