氩蒸气在球形固体颗粒上异质核化的分子动力学模拟

宋粉红 刘朝 周轩

引用本文: 宋粉红, 刘朝, 周轩. 氩蒸气在球形固体颗粒上异质核化的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201301312 shu
Citation:  SONG Fenhong, LIU Chao, ZHOU Xuan. Molecular Dynamics Simulation of Heterogeneous Nucleation of Ar n Vapor onto a Spherical Solid Particle[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201301312 shu

氩蒸气在球形固体颗粒上异质核化的分子动力学模拟

  • 基金项目:

    高等教育博士点基金(20090191110016)资助项目 (20090191110016)

摘要:

异质核化在大气中广泛存在, 但是其微观核化机理鲜为人知, 本文应用分子动力学方法模拟过热氩蒸气在纳米球形固体颗粒物上异质核化的动态特性, 讨论不同的冷却率对核化过程中系综温度、团簇分布、团簇大小以及核化速率的影响. 结果显示, 系综内蒸气的核化温度随着冷却率的增加而降低, 预先存在的球形固体颗粒在团簇的形成阶段起着重要的作用, 而且存在一个临界冷却率1.80×10-9J·s-1. 在该冷却率下, 在异质核化系综内均质核化出现, 并与异质核化共存, 但是异质核化在整个核化过程中仍然占主导地位.

English

    1. [1]

      (1) Liu, X.; Meng, C. G.; Liu, C. H. Phase Transit. 2006, 79, 249.doi: 10.1080/01411590600689021

      (1) Liu, X.; Meng, C. G.; Liu, C. H. Phase Transit. 2006, 79, 249.doi: 10.1080/01411590600689021

    2. [2]

      (2) Mei, Q. S.; Lu, K. Prog. Mater. Sci. 2007, 52 (8), 1175. doi: 10.1016/j.pmatsci.2007.01.001(2) Mei, Q. S.; Lu, K. Prog. Mater. Sci. 2007, 52 (8), 1175. doi: 10.1016/j.pmatsci.2007.01.001

    3. [3]

      (3) Jian, Z. Y.; Li, N.; Zhu, M.; Chen, J.; Chang, F. G.; Jie,W. Q.Acta Mater. 2012, 60 (8), 3590. doi: 10.1016/j.actamat.2012.02.038(3) Jian, Z. Y.; Li, N.; Zhu, M.; Chen, J.; Chang, F. G.; Jie,W. Q.Acta Mater. 2012, 60 (8), 3590. doi: 10.1016/j.actamat.2012.02.038

    4. [4]

      (4) Sandoval, L.; Urbassek, H. M. Nano Lett. 2009, 9 (6), 2290.doi: 10.1021/nl9004767(4) Sandoval, L.; Urbassek, H. M. Nano Lett. 2009, 9 (6), 2290.doi: 10.1021/nl9004767

    5. [5]

      (5) Luce, F. P.; Kremer, F.; Rebon, S.; Fabrim, Z. E.; Sanchez, D. F.;Zawislak, F. C.; Fichtner, P. F. P. J. Appl. Phys. 2011, 109 (1),014320. doi: 10.1063/1.3530844(5) Luce, F. P.; Kremer, F.; Rebon, S.; Fabrim, Z. E.; Sanchez, D. F.;Zawislak, F. C.; Fichtner, P. F. P. J. Appl. Phys. 2011, 109 (1),014320. doi: 10.1063/1.3530844

    6. [6]

      (6) Zhang, A. L.; Liu, R. S.; Liang, J.; Zheng, C. X. ActaPhys. -Chim. Sin. 2005, 21 (4), 347. [张爱龙, 刘让苏,梁佳, 郑采星. 物理化学学报, 2005, 21 (4), 347.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20050402(6) Zhang, A. L.; Liu, R. S.; Liang, J.; Zheng, C. X. ActaPhys. -Chim. Sin. 2005, 21 (4), 347. [张爱龙, 刘让苏,梁佳, 郑采星. 物理化学学报, 2005, 21 (4), 347.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20050402

    7. [7]

      (7) Gao, T. H.; Liu, R. S.; Zhou, L. L.; Tian, Z. A.; Xie, Q. ActaPhys. -Chim. Sin. 2009, 25 (10), 2093. [高廷红, 刘让苏, 周丽丽, 田泽安, 谢泉. 物理化学学报, 2009, 25 (10), 2093.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20090928(7) Gao, T. H.; Liu, R. S.; Zhou, L. L.; Tian, Z. A.; Xie, Q. ActaPhys. -Chim. Sin. 2009, 25 (10), 2093. [高廷红, 刘让苏, 周丽丽, 田泽安, 谢泉. 物理化学学报, 2009, 25 (10), 2093.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20090928

    8. [8]

      (8) Liu, X.; Meng, C. G.; Liu, C. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004,20 (3), 280. [刘新, 孟长功, 刘长厚. 物理化学学报, 2004,20 (3), 280.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040313(8) Liu, X.; Meng, C. G.; Liu, C. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004,20 (3), 280. [刘新, 孟长功, 刘长厚. 物理化学学报, 2004,20 (3), 280.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20040313

    9. [9]

      (9) Steer, B.; rbunov, B.; Rowles, J.; Green, D. J. Chem. Phys.2012, 136, 054704. doi: 10.1063/1.3681400(9) Steer, B.; rbunov, B.; Rowles, J.; Green, D. J. Chem. Phys.2012, 136, 054704. doi: 10.1063/1.3681400

    10. [10]

      (10) Tien, L. C.; Chen, Y. J. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 3584. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.11.120(10) Tien, L. C.; Chen, Y. J. Appl. Surf. Sci. 2012, 258, 3584. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.11.120

    11. [11]

      (11) Wind, R.W.; Fabreguette, F. H.; Sechrist, Z. A.; George, S. M.J. Appl. Phys. 2009, 105, 074309. doi: 10.1063/1.3103254(11) Wind, R.W.; Fabreguette, F. H.; Sechrist, Z. A.; George, S. M.J. Appl. Phys. 2009, 105, 074309. doi: 10.1063/1.3103254

    12. [12]

      (12) Jung, D. S.; Venart, J. E. S.; Sousa, A. C. M. Int. J. Heat MassTransf. 1987, 30 (12), 2627. doi: 10.1016/0017-9310(87)90144-X(12) Jung, D. S.; Venart, J. E. S.; Sousa, A. C. M. Int. J. Heat MassTransf. 1987, 30 (12), 2627. doi: 10.1016/0017-9310(87)90144-X

    13. [13]

      (13) Minemawari, H.; Yamada, T.; Matsui, H.; Tsutsumi, J.; Haas, S.;Chiba, R.; Kumai, R.; Hasegawa, T. Nature 2011, 475, 364. doi: 10.1038/nature10313(13) Minemawari, H.; Yamada, T.; Matsui, H.; Tsutsumi, J.; Haas, S.;Chiba, R.; Kumai, R.; Hasegawa, T. Nature 2011, 475, 364. doi: 10.1038/nature10313

    14. [14]

      (14) Maynard, A. D.; Baron, P. A.; Foley, M.; Shvedova, A. A.;Kisin, E. R.; Castranova, V. J. Toxicol. Environ. Health 2004,67, 87. doi: 10.1080/15287390490253688(14) Maynard, A. D.; Baron, P. A.; Foley, M.; Shvedova, A. A.;Kisin, E. R.; Castranova, V. J. Toxicol. Environ. Health 2004,67, 87. doi: 10.1080/15287390490253688

    15. [15]

      (15) Kulmala, M.; Pirjola, L.; Makela, J. M. Nature 2000, 404, 66.doi: 10.1038/35003550(15) Kulmala, M.; Pirjola, L.; Makela, J. M. Nature 2000, 404, 66.doi: 10.1038/35003550

    16. [16]

      (16) Kulmala, M.; Kerminen, V. M. Atmos. Res. 2008, 90, 132. doi: 10.1016/j.atmosres.2008.01.005(16) Kulmala, M.; Kerminen, V. M. Atmos. Res. 2008, 90, 132. doi: 10.1016/j.atmosres.2008.01.005

    17. [17]

      (17) Fletcher, N. H. J. Chem. Phys. 1958, 29, 572. doi: 10.1063/1.1744540(17) Fletcher, N. H. J. Chem. Phys. 1958, 29, 572. doi: 10.1063/1.1744540

    18. [18]

      (18) Kimura, T.; Maruyama, S. Microsacle Thermophys. Eng. 2002,6, 3. doi: 10.1080/108939502753428202(18) Kimura, T.; Maruyama, S. Microsacle Thermophys. Eng. 2002,6, 3. doi: 10.1080/108939502753428202

    19. [19]

      (19) Maruyama, S; Kimura, T. A. Molecular Dynamics Simulation ofa Bubble Nucleation on Solid Surface. Proceedings of the 5thASME/JSME Joint Thermal Engineering Conference, March15-19, San Die , California. 1999, AJTE99-6511.(19) Maruyama, S; Kimura, T. A. Molecular Dynamics Simulation ofa Bubble Nucleation on Solid Surface. Proceedings of the 5thASME/JSME Joint Thermal Engineering Conference, March15-19, San Die , California. 1999, AJTE99-6511.

    20. [20]

      (20) R?ysko, W.; Patrykiejew, A.; Sokotowski, S. Phys. Rev. E2008, 77, 061602.(20) R?ysko, W.; Patrykiejew, A.; Sokotowski, S. Phys. Rev. E2008, 77, 061602.

    21. [21]

      (21) Kashchiev, D. Nucleation: Basic Theory with Applications;Butterworth Heinemann: Oxford, 2000.(21) Kashchiev, D. Nucleation: Basic Theory with Applications;Butterworth Heinemann: Oxford, 2000.

    22. [22]

      (22) Hegg, D. A.; Baker, M. B. Rep. Prog. Phys. 2009, 72, 056801.doi: 10.1088/0034-4885/72/5/056801(22) Hegg, D. A.; Baker, M. B. Rep. Prog. Phys. 2009, 72, 056801.doi: 10.1088/0034-4885/72/5/056801

    23. [23]

      (23) Lazaridis, M.; Hov, Ø.; Eleftheriadis, K. Atmos. Res. 2000, 55,103. doi: 10.1016/S0169-8095(00)00059-4(23) Lazaridis, M.; Hov, Ø.; Eleftheriadis, K. Atmos. Res. 2000, 55,103. doi: 10.1016/S0169-8095(00)00059-4

    24. [24]

      (24) Winkler, P. M.; Steiner, G.; Vrtala, A.; Vehkamäki, H.; Noppel,M.; Lehtinen, K. E. J.; Reischl, G. P.;Wagner, P. E.; Kulmala,M. Science 2008, 319, 1374. doi: 10.1126/science.1149034(24) Winkler, P. M.; Steiner, G.; Vrtala, A.; Vehkamäki, H.; Noppel,M.; Lehtinen, K. E. J.; Reischl, G. P.;Wagner, P. E.; Kulmala,M. Science 2008, 319, 1374. doi: 10.1126/science.1149034

    25. [25]

      (25) Frenkel, J. Kinetic Theory of Liquids; Clarendon Press: Oxford,1946.(25) Frenkel, J. Kinetic Theory of Liquids; Clarendon Press: Oxford,1946.

    26. [26]

      (26) Chaikin, P. M.; Lubensky, T. C. Principles of Condensed MatterPhysics; Cambridge University Press: Cambridge, 1995.(26) Chaikin, P. M.; Lubensky, T. C. Principles of Condensed MatterPhysics; Cambridge University Press: Cambridge, 1995.

    27. [27]

      (27) Inci, L.; Bowels, R. K. J. Chem. Phys. 2011, 134, 114505. doi: 10.1063/1.3565479(27) Inci, L.; Bowels, R. K. J. Chem. Phys. 2011, 134, 114505. doi: 10.1063/1.3565479

    28. [28]

      (28) Song, F. H.; Liu, C.; Xie, H. J. Eng. Thermophys. 2011, 32,1099. [宋粉红, 刘朝, 解辉. 工程热物理学报, 2011, 32,1099.](28) Song, F. H.; Liu, C.; Xie, H. J. Eng. Thermophys. 2011, 32,1099. [宋粉红, 刘朝, 解辉. 工程热物理学报, 2011, 32,1099.]

    29. [29]

      (29) Xie, H.; Liu, C.; Liu, B.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25 (5),994. [解辉, 刘朝, 刘彬武. 物理化学学报, 2009, 25 (5),994.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090404(29) Xie, H.; Liu, C.; Liu, B.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25 (5),994. [解辉, 刘朝, 刘彬武. 物理化学学报, 2009, 25 (5),994.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090404

    30. [30]

      (30) Cao, B. Y.; Chen, M.; Guo, Z. Y. Phys. Rev. E 2006, 74, 066311.doi: 10.1103/PhysRevE.74.066311(30) Cao, B. Y.; Chen, M.; Guo, Z. Y. Phys. Rev. E 2006, 74, 066311.doi: 10.1103/PhysRevE.74.066311

    31. [31]

      (31) Maroo, S. C.; Chung, J. N. J. Colloid Interface Sci. 2008, 328,134. doi: 10.1016/j.jcis.2008.09.018(31) Maroo, S. C.; Chung, J. N. J. Colloid Interface Sci. 2008, 328,134. doi: 10.1016/j.jcis.2008.09.018

    32. [32]

      (32) Yi, P.; Poulikakos, D.;Walther, J.; Yadigaroglu, G. Int. J. HeatMass Tranf. 2002, 45, 2087. doi: 10.1016/S0017-9310(01)00310-6(32) Yi, P.; Poulikakos, D.;Walther, J.; Yadigaroglu, G. Int. J. HeatMass Tranf. 2002, 45, 2087. doi: 10.1016/S0017-9310(01)00310-6

    33. [33]

      (33) Zhou, J.; Zhu, Y.;Wang,W. C.; Lu, X. H.;Wang, Y. R.; Shi, J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2002, 18 (3), 207. [周健, 朱宇,汪文川, 陆小华, 王延儒, 时钧. 物理化学学报, 2002, 18 (3),207.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20020304(33) Zhou, J.; Zhu, Y.;Wang,W. C.; Lu, X. H.;Wang, Y. R.; Shi, J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2002, 18 (3), 207. [周健, 朱宇,汪文川, 陆小华, 王延儒, 时钧. 物理化学学报, 2002, 18 (3),207.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20020304

    34. [34]

      (34) Luo, F.; Gao, J.; Cheng, Y. H.; Cui,W.; Ji, M. J. ActaPhys. -Chim. Sin. 2012, 28 (9), 2191. [罗芳, 高剑, 成元华, 崔巍, 计明娟. 物理化学学报, 2012, 28 (9), 2191.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201207063(34) Luo, F.; Gao, J.; Cheng, Y. H.; Cui,W.; Ji, M. J. ActaPhys. -Chim. Sin. 2012, 28 (9), 2191. [罗芳, 高剑, 成元华, 崔巍, 计明娟. 物理化学学报, 2012, 28 (9), 2191.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201207063

    35. [35]

      (35) Liao, R. J.; Zhu, M. Y.; Zhou, X.; Yang, L. J.; Yan, J. M.; Sun,C. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (4), 815. [廖瑞金, 朱孟兆, 周欣, 杨丽君, 严家明, 孙才新. 物理化学学报, 2011, 27 (4), 815.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110341(35) Liao, R. J.; Zhu, M. Y.; Zhou, X.; Yang, L. J.; Yan, J. M.; Sun,C. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (4), 815. [廖瑞金, 朱孟兆, 周欣, 杨丽君, 严家明, 孙才新. 物理化学学报, 2011, 27 (4), 815.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110341

    36. [36]

      (36) Lennard-Jones, J. E. Proc. R. Soc. Lond. A 1924, 106 (738), 441.(36) Lennard-Jones, J. E. Proc. R. Soc. Lond. A 1924, 106 (738), 441.

    37. [37]

      (37) Lennard-Jones, J. E. Proc. R. Soc. Lond. A 1924, 106 (738), 463.(37) Lennard-Jones, J. E. Proc. R. Soc. Lond. A 1924, 106 (738), 463.

    38. [38]

      (38) Cosgrove, J. A.; Buick, J. K.; Tonge, S. J. J. Phys. A-Math.Theor. 2003, 36 (10), 2609. doi: 10.1088/0305-4470/36/10/320(38) Cosgrove, J. A.; Buick, J. K.; Tonge, S. J. J. Phys. A-Math.Theor. 2003, 36 (10), 2609. doi: 10.1088/0305-4470/36/10/320

    39. [39]

      (39) Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids;Oxford University Press: Oxford, 1989.(39) Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids;Oxford University Press: Oxford, 1989.

    40. [40]

      (40) Yasuoka, K.; Matsumoto, M. J. Chem. Phys. 1998, 109, 8451.doi: 10.1063/1.477509(40) Yasuoka, K.; Matsumoto, M. J. Chem. Phys. 1998, 109, 8451.doi: 10.1063/1.477509

    41. [41]

      (41) Swope,W. C.; Andersen, H. C.; Berens, P. H.;Wilson, K. R.J. Chem. Phys. 1982, 76 (1), 637. doi: 10.1063/1.442716(41) Swope,W. C.; Andersen, H. C.; Berens, P. H.;Wilson, K. R.J. Chem. Phys. 1982, 76 (1), 637. doi: 10.1063/1.442716

    42. [42]

      (42) Hunenberger, P. H. Adv. Polymer. Sci. 2005, 173, 105. doi: 10.1007/b98052(42) Hunenberger, P. H. Adv. Polymer. Sci. 2005, 173, 105. doi: 10.1007/b98052

    43. [43]

      (43) Napari, I.; Julin, J.; Vehkamäki, H. J. Chem. Phys. 2009, 131,244511. doi: 10.1063/1.3279127(43) Napari, I.; Julin, J.; Vehkamäki, H. J. Chem. Phys. 2009, 131,244511. doi: 10.1063/1.3279127

    44. [44]

      (44) Buyevich, Y. A.; Natalukha, I. A. Int. J. Heat Mass Transf.1996, 39, 2363. doi: 10.1016/0017-9310(95)00170-0

      (44) Buyevich, Y. A.; Natalukha, I. A. Int. J. Heat Mass Transf.1996, 39, 2363. doi: 10.1016/0017-9310(95)00170-0

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  659
  • 文章访问数:  1175
  • HTML全文浏览量:  12
文章相关
  • 发布日期:  2013-03-25
  • 收稿日期:  2012-10-08
  • 网络出版日期:  2013-01-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章