离子溶液体系介电饱和性质的Monte Carlo模拟研究
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- 英文论文题名：A new lattice Monte Carlo simulation for dielectric saturation in ion-containing liquids
- 论文作者：段晓征 ; 中村一成
- 英文论文作者：Xiaozheng Duan ; Issei Nakamura ; State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry ; Changchun Institute of Applied Chemistry ; Chinese Academy of Sciences
- 年：2016
- 作者机构：中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室;
- 论文关键词：离子 ; 液体混合体系 ; 介电饱和 ; Monte Carlo模拟
- 会议召开时间：2016-08-25
- 会议录名称：中国化学会2016年软物质理论计算与模拟会议论文摘要集
- 语种：中文
- 分类号：O645.16
- 学会代码：ZGHY
- 会议名称：中国化学会2016年软物质理论计算与模拟会议
- 会议地点：中国天津
- 主办单位：中国化学会
- 学会名称：中国化学会
- 页数：1
- 文件大小：113k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
溶液中的离子周围具有相对较强的电场,偶极化的溶剂分子在其表面取向,致使离子附近溶液的介电常数减小,这一现象称为"介电饱和效应"。溶液的介电饱和效应对体系结构性质有着重要影响,相关研究与能源科学、材料科学以及生命科学等领域的发展密切相关,因此具有重要的研究意义。本工作将杂化键涨落Monte Carlo模拟方法和F.Booth介电函数算法相结合,构建了新型格子介电Monte Carlo模拟方法[1](被选为Soft matter杂志亮点工作)。该方法在离子对作用、局部涨落效应以及氢键作用的处理方面均具有较强的优势,能够更加准确、全面地考察离子溶液体系介电饱和的物理本质。我们利用这一方法探索了单个离子、离子对、离子交联以及离子溶液体系的介电饱和效应,模拟结果与理论及实验结果具有较好的一致性。此外,我们发现同性和异性离子对之间的溶剂介电性质存在显著差异。我们希望本工作有助于揭示离子掺杂液体体系介电性质变化的物理本质,并能为相关实验研究以及软物质材料的制备、调控和加工技术的发展提供可靠的理论指导。
We develop a new,rapid method for the lattice Monte Carlo simulation of ion-containing liquids that accounts for the effects of the reorganization of solvent dipoles under external electrostatic fields.Our results are in reasonable agreement with the analytical solutions to the dielectric continuum theory of Booth for single ions,ion pairs,and ionic cross-links.We also illustrate the substantial disparity between the dielectric functions for like and unlike charges on the nanometer scale.Our simulation rationalizes the experimental data for the dependence of the bulk dielectric value of water on ion concentrations in terms of saturated dipoles near ions.
We develop a new,rapid method for the lattice Monte Carlo simulation of ion-containing liquids that accounts for the effects of the reorganization of solvent dipoles under external electrostatic fields.Our results are in reasonable agreement with the analytical solutions to the dielectric continuum theory of Booth for single ions,ion pairs,and ionic cross-links.We also illustrate the substantial disparity between the dielectric functions for like and unlike charges on the nanometer scale.Our simulation rationalizes the experimental data for the dependence of the bulk dielectric value of water on ion concentrations in terms of saturated dipoles near ions.
引文
[1]Duan,X.;Nakamura,I.Soft Matter 2015,11:3566.(selected as a hot article in Soft Matter)