论文部分内容阅读
水是最常见也是最普通的物质之一，是生命之源.与其他物质相似，自然界中三维空间内的水存在多种状态，包括气态、液态、玻璃态、晶体以及各种无定形态.然而，界面处或者受限空间内水的结构和动力学等行为却并不完全为人们所熟知.近年来，石墨烯以其独特的力学与物理特性而备受关注并被广泛地应用于科学研究和新材料制备.通过机械手段将多层石墨烯叠压在一起能够形成特殊的纳米通道.Geim 等人的研究表明水蒸汽几乎可以完全无限制地通过这种纳米通道，这种纳米通道能够快速精确筛选离子，而且实验与模拟中观察到水在这些纳米毛细空间内形成独特的二维方冰结构.这是常温下水的一种全新存在形式，突破了长久以来人们对冰的已有认识.这种有序相主要是由于石墨烯受限空间内范德华力(压强)作用.相关的分子动力学模拟中可以观察到这种方形冰的具体形态：单层冰形成规则的正方形网络，每个水分子和其相邻的四个水分子形成氢键；双层和三层冰形成规则的AA 或AB 堆垛结构.受限水的结构、动力学行为以及热力学特性与受限空间形状、材料表面的物理化学性质等许多因素相关，但这些因素对水的影响还未得到全面的研究和认识.因此在石墨烯受限空间内，与压强相关的冰结构以及相图需要通过分子模拟给出充分和正确的认识.本文工作对于研究水在石墨烯纳米通道中相变机理等具有重要意义.