水在疏水纳米孔中的侵入和挤出过程的原子尺度多尺度方法
摘要：纳米多孔材料中的侵入和排挤是一个具有挑战性的多尺度问题，对于从储能和能量耗散到水淡化和离子通道中的疏水性调控等应用而言至关重要。在模拟中包含原子级的细节是预测这些系统整体行为所必需的，因为这些过程的静态和动态特性对孔道的微观特征（如表面疏水性、几何形状和电荷分布）以及液体的组成有着敏感的依赖关系。另一方面，填充（侵入）和空闲（排挤）状态之间的转变是罕见的事件，通常需要较长的模拟时间，难以通过标准的原子级模拟实现。在这项工作中，我们通过一种多尺度方法探索了侵入和排挤过程，其中系统的原子级细节从分子动力学模拟中提取，并分析了水在孔道中侵入/排挤的简单朗之万模型。然后，我们使用朗之万模拟计算不同压力下的转变时间，通过与非平衡分子动力学模拟进行比较，验证了我们的粗粒化模型。该方法能够重现实验相关特征，如侵入/排挤循环的时间和温度依赖性，以及循环形状的特定细节。此方法还极大地增加了可以模拟的时间尺度，有助于缩小模拟和实验之间的差距，并显示出在更复杂的系统中的潜力。
作者：Gonc{c}alo Paulo and Alberto Gubbiotti and Alberto Giacomello
论文ID：2305.15122
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-05-25