基于MS的水油界面中油包水液滴運動行為研究
界面科學是連接物理、化學、生物和材料科學的重要交叉領域,其中液-液界面(特別是水-油界面)因其獨特的物理化學性質而成為研究熱點。在該界面體系中,乳液(如乳狀液、微乳液)的形成與穩定性是核心科學問題之一。近年來,一種特殊的結構——位于水-油界面的油包水(W/O)液滴——因其獨特的靜態與動態行為引起了廣泛關注。盡管宏觀尺度的實驗觀測和連續介質理論模型(能夠描述水油界面中油包水液滴的整體運動行為,但要深刻揭示其微觀起源和分子機制,分子動力學模擬是不可或缺的關鍵研究手段。
在Material Studio軟件中,我們可以通過構建W/O界面,并在足夠的動力學模擬來解釋其在分子層面上的運動行為。通過分子動力學的模擬,可以像“超高倍顯微鏡”一樣,實時、原位地追蹤單個分子或離子在油-水界面及油膜中的擴散、穿梭和吸附/脫附過程。同時,在模擬過程中,可以研究不同邊界條件下水油界面中油包水液滴的運動行為。
首先,采用MS中的AC模塊及Build Layer工具構建分子模型,完成水油界面及油包水結構的構建,為后續計算提供輸入文件。隨后在Dynamic模塊中進行動計核優化,實現對結構的能量最小化操作,減少建模過程中的能量不平衡及消除內應力。
在此之后,通過Dynamic的過程,實現對油水界面的動態行為模擬。可以看到,隨著模擬時間的推進,體系能量逐漸達到平衡。
觀察分子模型,可以明確的看到水球逐漸進入水層,但仍然有部分水分子在油相中。這與油水界面中油包水模型的實際情況相符。實驗觀察發現,當W/O液滴被注入或自發形成于水-油界面時,它們可以穩定地“錨定”在界面上,形成一個部分浸入水相、部分浸入油相,并被一層薄油膜與水相隔開的非對稱結構。
同時,我們也可以分析其中設計的MSD,RDF及其他物理性質。
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