添加2,5-二甲基呋喃对正庚烷/异辛烷的碳烟纳米结构演变分析:实验研究与ReaxFF MD模拟(Combust. Flame 2024)

Posted · Add Comment

研究背景 生物燃料作为一种可再生能源，其性质与普通汽油和柴油非常相似。呋喃类生物燃料作为最具代表性的第二代生物燃料具有众多优点，如生产原料主要为纤维素而非粮食以及油料作物，不会与国家粮食保障的规定形成矛盾，并且此类生物燃料与石油的能量密度相当，这样将其与石油燃料混合不会引起发动机性能结构的重大改变。2,5-二甲基呋喃 (DMF) 是一种典型的呋喃类生物燃料，具有许多优点：能量密度与汽油相似、高沸点以及不溶于水等。基于此，本文主要进行DMF对正庚烷/异辛烷的碳烟纳米结构演变研究。 研究方法 结合层流扩散燃烧实验，本文采用 AMS 软件中 ReaxFF MD方法模拟研究了2,5-二甲基呋喃掺混对正庚烷/异辛烷的碳烟纳米结构演变。 成果简介 研究表明，随DMF掺混比的增加，正庚烷/异辛烷的层流扩散火焰高度逐渐升高。在高度一致的情况下，采集到的初级碳烟颗粒数量先减小后增加；初级碳烟颗粒的尺寸也随着DMF掺杂比的增大先增大后减小。透射电子显微镜（TEM）分析表明，DMF最初抑制了正庚烷/异辛烷火焰中初级碳烟颗粒产生，随后又促进了其生长。随着DMF掺混比的增加，核壳比先增大后减小，这表明碳烟的成熟度先减小后增大。在ReaxFF MD模拟中，掺混了DMF的正庚烷/异辛烷热解过程分为：燃料在第一阶段分解，在第二阶段发生剧烈反应。碳烟前驱体持续发生反应，分子尺寸不断增大，多环芳烃（PAHs）持续增加。第三阶段，最大分子的含碳原子数缓慢增加，碳烟发展进入成熟阶段，H/C比值缓慢下降。通过ReaxFF MD模拟发现，随着DMF掺混比的增加，碳烟的成熟度呈现先减小后增大的趋势。类石墨烯结构主要集中在H/C比为0.297的区域。 图文导读 图1 图形摘要 图2 最大分子特性和最终产物生成分析: (a)在4.5 ns下最大分子的结构; (b) 在不同DMF掺混比下，在4.5 ns时最大分子的碳原子数和H/C比; (c)在4.5 ns下H2、CO和C2H2的百分比 图3 在2.7 ns时碳烟的结构图 参考文献 W. Dong, R. Hong, Y. Yang, D. Wang, B. Qiu, H. Chu. Analysis of the nanostructure evolution of soot in n-heptane/iso-octane with 2,5-dimethylfuran addition: A combined experimental study and ReaxFF MD […]

Read More

基于 μCT 的纤维增强微观结构建模

Posted · Add Comment

概述 对纤维增强复合材料（FRC）进行基于 μCT 图像建模的有限元分析，可增强复杂材料在各种负载场景和环境下如何变形、损伤及失效的理解。为准确模拟 FRC 的性能，有限元网格必须明确表征典型微观结构的复杂性，包括波状和随机间隔的纤维、不规则形状的制造缺陷（如孔隙）、预先存在的损伤（如微裂纹）和周围基体。本研究提出了一种将 μCT 图像数据转换为高质量网格模型的方法，并进行双轴和单轴有限元模拟。 图1：将断层扫描数据转换为高质量 FE 网格模型的步骤 扫描和图像处理 在先进光源 X 射线 μCT 光束线下对井字格尼龙 66 降落伞织物进行原位双轴加载试验，扫描设置体素尺寸为 1.3 μm。重建图像堆栈为 3.3 × 3.3 × 2.8 mm，裁剪 0.57 × 0.55 × 0.21 mm 的感兴趣区域（ROI）用于研究。使用 Zeiss Versa-500 X 射线 μCT 3D 电子显微镜对单向 AS4/8552 碳/环氧树脂复合层压板进行扫描，体素尺寸为 0.46 μm。图像堆栈最终尺寸为 430.56 × 448.04 × 436.54 μm，分别裁剪 96.6 × 96.6 × […]

Read More

【重庆大学李海涛教授】无机磷酸铵盐抑制甲烷/煤尘混合爆炸的反应行为和机理：ReaxFF MD 结合 DFT 研究（Chem. Eng. J 2024）

Posted · Add Comment

研究背景 无机磷酸铵盐粉体由于其优良的抑爆性能长期以来被人们广泛关注，其对瓦斯煤尘复合爆炸的有效性已经在众多实验及工程现场得到充分验证，主要通过定性定量分析无机磷酸铵盐粉体如 NH4H2PO4、(NH4)2HPO4 等对瓦斯煤尘复合爆炸压力演化、火焰传播等宏观特征的影响，然而无机磷酸铵盐粉体抑爆剂抑制瓦斯/煤尘复合爆炸的详细反应过程及其微观作用机理尚未了解。 研究方法 为了揭示无机磷酸铵盐粉体抑爆剂抑制瓦斯/煤尘复合爆炸的详细反应过程及其微观特征，研究团队采用反应力场分子动力学（ReaxFF-MD）与密度泛函理论（DFT）相结合的数值模拟方法对无机磷酸铵盐在抑制瓦斯煤尘混合爆炸反应中的分子动态演变过程及潜在反应机理进行了深入的研究。本研究为无机磷酸铵盐粉体抑制爆炸的反应进程提供了更多见解，有助于开发设计高效的抑爆剂。 图1 NH4H2PO4 及 (NH4)2HPO4 抑制瓦斯煤尘复合爆炸反应路径及作用机理 主要研究结论 相同质量分数的NH4H2PO4对CO2的抑制作用更显著，(NH4)2HPO4则生成更多H2O，在反应过程中无机磷酸铵盐抑制剂不仅对复合爆炸过程中CH4的初始反应步骤产生影响，同时吸收爆炸反应进程中的活性自由基(H/O/OH)及中间产物(CH3/CH2O)以阻抑链反应的继续发展。其中，NH4H2PO4主要通过HPO3→PO2→PO→HPO2→HPO3循环反应路径进行抑制，而(NH4)2HPO4在此基础上增加了H2PO4→H3PO4→H2PO3→H2PO4、HPO3→HPO2→H2PO3→H2PO4→HPO3两条循环反应路径。此外，NH4H2PO4的加入使C40+的分解速度下降35.3%，(NH4)2HPO4的加入使C40+的分解速度下降47.2%。同时，由于无机磷酸铵盐团聚效应及吸水效应，模拟过程中抑制剂的最佳抑制浓度表现为1：1。该浓度下，抑制剂的加入不仅延迟了复合爆炸过程中脂肪键、醚氧桥键断键的时间即煤分子分解时间，同时延迟了煤分子开环反应的时间即煤分子氧化时间。随着抑制剂质量分数的增加，其更易吸附大量水分子及含磷化合物，使原本开环反应后的物质重新连接而形成新的大分子基团，以阻抑反应的下一步氧化分解。 参考文献 Reactive behaviors and mechanism of methane/coal dust hybrid explosions inhibited by NH4H2PO4 and (NH4) 2HPO4: A combined ReaxFF-MD and DFT study, Chemical Engineering Journal, 2024, DOI: 10.1016/j.cej.2024.155577

Read More

检测不同髋关节手术后髂腰肌肌腱炎的新型模拟

Posted · Add Comment

概述 髂腰肌肌腱炎通常由髂腰肌肌腱和髋臼杯之间的撞击引发，影响约 18% 的全髋关节置换术（THA）和 30% 的髋关节表面置换术（HRA）患者。已研究开发出一种用于检测髂腰肌撞击的新型模拟，且在 THA 患者中验证。 本项目将验证扩展到 HRA 患者，比较 THA 和 HRA 患者的结果。使用 Simpleware 软件对 12 名患者的两组 CT 扫描数据进行分割、标记、导出后进行模拟。结果表明，模拟能够显著预测髂腰肌肌腱炎，并在 THA 和 HRA 患者的研究中区分有症状和无症状队列。这种新颖的模拟将为术前髋臼杯的放置决策和术后髂腰肌肌腱炎诊断提供助力。 亮点 已开发并验证一种检测髂腰肌撞击的新型模拟 在 Simpleware 软件中分割和标记 CT 扫描数据 模拟可显著预测髂腰肌肌腱炎 改善术前和术后手术决策 介绍 髋关节表面置换术（HRA）是全髋关节置换术（THA）治疗终末期髋关节骨关节炎（OA）的替代手术方案。与 THA 相比，HRA 具有相同的翻修率，同时保留了更多的骨量，能够更好地恢复天然生物力学。然而，腹股沟疼痛和髂腰肌肌腱炎仍是 HRA 后的常见并发症。最常见的原因是由于髋臼植入物的偏位、前倾不足或尺寸过大等因素造成髋臼杯前缘与髂腰肌肌腱的撞击。 本研究在前期 THA 模拟的基础上，通过对有症状和无症状患者的病例对照研究，探讨 HRA 患者髂腰肌肌腱炎的发生机制。然后将这些结果与先前收集的 THA 结果进行比较，研究臼杯撞击和肌腱炎机制的差异。 本研究对两个假设进行检验。首先，有症状 HRA 患者队列在仰卧位和站立位的撞击程度均显著高于无症状 HRA 患者。其次，由于与 HRA 相关的髋臼杯较大，有症状 […]

Read More

极端条件下运行的锂金属电池的合理电解质设计（Journal of Materials Chemistry A, 2024）

Posted · Add Comment

摘要 开发能够在极端条件下运行的锂金属电池电解质是一项重大挑战，并且往往因缺乏系统的溶剂筛选研究而受到阻碍。在这项研究中，通过 DFT 和 COSMO-RS 计算，来评估包含20种溶剂的190种二元混合物，以识别具有宽液体温度范围和高LiTFSI溶解度的电解质。四亚甲基砜（TMS）因其高沸点和低熔融焓而成为一种有前景的候选者，这会提高混合物中的泡点并降低共晶温度。利用具有七个σ描述符的机器学习模型，精确预测了Li和TFSI离子结合能。这些结合能主要受到强静电和范德华相互作用的影响。这种综合方法突出了DFT、COSMO-RS和机器学习技术相结合在指导电解质设计方面的有效性。 参考文献 Rational electrolyte design for Li-metal batteries operated under extreme conditions: a combined DFT, COSMO-RS, and machine learning study, J. Mater. Chem. A, 2024, 12, 15792

Read More

从分子层面理解使用深共晶溶剂从酚类化合物中分离中性油（Sep Purif Technol, 2025）

Posted · Add Comment

目前从煤直接液化油中，分离酚类化合物的过程，需要解决产生含酚废水，以及产品中中性油含量不达标的紧迫问题。北京化工大学与太原师范大学合作研究中，使用 AMS 软件中的 COSMO-SAC 模型来预测深共晶溶剂（DES）对酚类化合物的分离性能，并根据固液相图确定了潜在的萃取剂及其液相操作窗口。

采用低成本、稳定、高效的萃取剂 LC:TEG（1:3.3）DES 进行实验，探索实验条件的影响。通过量子化学和分子动力学模拟的可视化方法，探索了结构-活性关系，提出了一种多级闪蒸联合蒸馏去除中性油的方法。建立了萃取与蒸馏相结合的工艺，得到中性油含量仅为0.31%的间甲酚产品，中性油含量首次降至1%以下，满足工业要求。

Read More

通过 COSMO-RS 预测药物与聚合物的相容性

Posted · Add Comment

最近捷克共和国布拉格化工大学Michal Fulem课题组，使用 AMS 软件的 COSMO-RS 模块预测 10 种活性药物成分（API）与聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）K12 的固液平衡（SLE）曲线。作者采用两种基于 COSMO RS 的方法，即“传统方法”和“快速方法”，并对二者的性能进行了比较。通过逐步溶解（S-WD）方法获得的各自 SLE 数据集进行比较，评估预测 SLE 曲线的准确性。

Read More

通过有限元模拟预测 3D 打印多孔钛牙种植体的疲劳寿命

Posted · Add Comment

牙种植体必须承受施加在天然牙齿上的咀嚼负荷，这些重复的力可能会导致种植体松动或失败。在牙种植体中加入孔隙可增加与骨骼的接触表面积和作为药物输送装置，从而改善长期稳定性和降低失效风险。

加入多孔特征会削弱种植体的机械能力，但必须确保足够的疲劳强度，而根据 ISO 14801 测试各种多孔结构的成本高昂且耗时。本研究对 3D 打印多孔钛牙种植体试样进行机械性能测试，建立耐久极限（即无限疲劳寿命）与单调荷载至失效之间的关系，开发和校准有限元模型预测给定多孔结构的疲劳寿命。

Read More

混凝土的细观建模：异质性对局部应力、应变和 RVE 的影响

Posted · Add Comment

在细观尺度上，混凝土是一种多相异质材料，全面了解底层力学并充分考虑微观结构的异质性对于更好地设计混凝土等下一代复合材料至关重要。本研究结合细观建模、原位 X 射线计算机断层扫描成像（XRCT）和原位 3D X 射线衍射（3DXRD）测量研究异质性（微米级骨料、水泥浆、界面过渡区、高密度相和气孔）对混凝土宏观和微观响应的影响。

Read More

利用深度学习精准快速分割老年人头部核磁数据

Posted · Add Comment

从核磁共振图像（MRI）对整个头部进行精准的分割为个性化的有限元计算模型奠定了基础，提供非侵入性脑刺激（NIBS）等领域的计算机辅助解决方案。
本研究提出一种名为 GRACE 的深度学习方法，在一个新数据集上进行训练和验证，该数据集包含 177 个经过细致人工审查的手动校正 MRI 衍生基准分割。

Read More
 
  • 基于 Nano-XCT 数据创建多级结构水泥基材料中的 3D 多离子腐蚀模型概述 混凝土结构中钢筋的腐蚀是一个全球性问题。为评估钢筋混凝土中钢筋的退化，需要精确描述混凝土基体中的电流、电势及各种物质的浓度分布。尽管混凝土基体是一种具有复杂微观结构的非均质多孔材料，但以往的研究常将质量传输视为在均质材料中处理，通过其他因素（孔隙率、紧缩性、迂曲度）修正整体传输系数，从而得到所谓的有效系数（如扩散系数）。 本研究提出一种新方法，通过高分辨率 X 射线计算机断层扫描（XCT）获取混凝土的真实三维微观结构，经过处理后生成用于有限元计算的网格模型，最终与多物质传输体系及电势方程耦合求解。该方法能够更真实地描述混凝土和钢筋表面的离子运动与反应，进而更精准地评估导致钢筋质量损失及其位置的阳极和阴极电流。 试样制备与表征 由重量比为 3:1:0.5的砂、水泥、水制备 100 mm、150 [...]
  • 用于 Dirac-源场效应晶体管的横向 graphene/MoS2 异质结研究背景 随着传统硅基场效应晶体管（FET）器件尺寸不断缩小，器件功耗和亚阈值摆幅（Subthreshold Swing SS）问题愈发突出，传统 MOSFET 已难以满足低功耗、高性能逻辑电路的需求。为突破硅基器件的物理极限，新型二维材料及其异质结构被广泛研究，尤其是石墨烯和过渡金属二硫化物（TMDs）等材料。石墨烯因其高载流子迁移率和零带隙的特性，可用作 Dirac 源极实现高效率载流子注入，而 MoS2 等半导体二维材料具有可调节的带隙和优异的开关性能，将其与石墨烯横向连接形成异质结，可同时兼具高开态电流与低亚阈值摆幅的优势。近年来，Dirac 源-FET（DSFET）作为新型低功耗器件方案受到了广泛关注，但器件性能受限于源极掺杂浓度、能带匹配以及界面载流子传输效率等因素，如何通过优化异质结构设计实现陡坡开关、低功耗高性能仍是亟需解决的关键问题。本研究通过构建横向石墨烯/MoS2 异质结构，系统分析源极掺杂对器件亚阈值特性和开态电流的影响，为二维材料 [...]
  • 低维电子材料与器件合集（五）利用漏极态密度工程实现弹道冷源场效应晶体管中偏压无关的亚阈值摆幅 在便携式技术中集成的场效应晶体管迫切需要实现低功耗和对电源电压不敏感的稳定性能。本文提出了一种机制，可在弹道冷源场效应晶体管（CS-FETs）中实现偏压无关的低于 60 mV/dec 亚阈值摆幅（SS）以满足便携式电子器件的需求。第一性原理和量子输运模拟表明，在弹道输运条件下，漏极与源极之间导电模式数（NOCM）的能量对齐对于实现基于 C31/MoS2 的 CS-FET 的偏压无关 SS 至关重要。通过揭示 [...]
  • 机器学习势 M3GNet-UP-2022 应用于发泡聚苯乙烯阻燃研究研究背景 可发性聚苯乙烯（EPS） 泡沫因其优异的隔热性、稳定性和低成本等特性，在建筑保温领域占据主导地位。然而，其高度易燃性导致严重的火灾隐患，燃烧时产生的有毒烟雾更是火灾致死的主要原因。阻燃 EPS 泡沫板能有效抑制火灾初期的火势蔓延，显著降低材料燃烧时的热释放速率和有毒烟气产生。因此，提高 EPS 的阻燃和抑烟性能至关重要。 研究内容 本研究由沈阳理工大学和辽宁工程技术大学等单位合作，基于机器学习势方法，使用 AMS [...]

  • 标签

    3D打印 ABAQUS ADF AMS ATK Workshop BAND COSMO-RS DES DFT EDA EDA-NOCV NanoLab NMR NOCV OLED QATK Highlight QuantumATK reaxff Simpleware SOC SOCME TADF TDDFT ZORA 二维材料 催化 分子动力学 半导体 反应分子动力学 太阳能电池 密度泛函 工业 微电子 数字岩石 深共晶溶剂 溶解度 热解 燃烧 电声耦合 能量分解 自旋轨道耦合 迁移率 钙钛矿 镧系元素 骨科

  • 关于费米科技

    费米科技以促进工业级模拟与仿真的应用为宗旨，致力于推广基于原子级别模拟技术和基于图像模型的仿真技术，为学术和工业研究机构提供研发咨询、软件部署、技术攻关等全方位的服务。费米科技提供的模拟方案具有面向应用、模型新颖、功能丰富、计算高效、简单易用的特点，已经服务于众多的学术和工业用户。

    欢迎加入我们！（点击链接）

  • 最近更新

  • 联系方式

    • 留言板：点击留言
    • 邮箱：sales_at_fermitech.com.cn
    • 电话：010-80393990
    • QQ： 1732167264

  • 订阅费米科技新闻

    • 邮件订阅：
      您可以使用常用的邮件地址接收费米科技定期发送的产品更新和新闻。
      点击这里马上订阅！
    • 微信订阅：
      微信扫描右侧二维码。
    •