Configurational and Vibrational Entropy in Hydrogen-bonded Fluids
本文提出用传播声子谱及单一参数描述简单流体跨液态、超临界态和气态的非理想熵,并指出氢键流体不适用该单谱描述。
2024-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrogen-bonded Silica Gels Dispersed in a Smectic Liquid Crystal: A Random Field XY System
用高分辨X射线散射方法研究了氢键键合二氧化硅(气溶胶)颗粒分散体对辛基氰基联苯(8 CB)中邻位-A跃迁的影响。粒子在8 CB中形成弱凝胶,产生淬火无序,其用短程近晶相关的生长代替转变。的相关性包括热临界波动,占主导地位,在高温和第二个贡献,定量匹配的静态波动的随机场系统,并成为重要的在低温下。
2001-12-05 cond-mat.soft
Deconfinement of electric charges in hydrogen-bonded ferroelectrics
在格点伊辛规范理论中,除规范荷外,还发现了一个新的荷自由度。应用于氢键铁电体时,新的电荷本质上是电荷,导致介电极化率的发散。新的自由度为格点伊辛规范理论中的退禁闭相的确定提供了一条实验上可行的途径。
2015-04-15 cond-mat.soft cond-mat.str-el
Variations of the Hydrogen Bonding and of the Hydrogen Bonded Network in Ethanol-Water Mixtures on Cooling
广泛的分子动力学计算机模拟已经进行了乙醇-水液体混合物在富水侧的组成范围内,与10,20和30摩尔%的醇,在室温和给定的混合物的实验凝固点之间的温度。结合两种刚性水模型(SPC/E和TIP 4P/2005),对乙醇进行了全原子型(OPLS)原子间相互作用势假设。这两种组合都提供了在每个温度下的实验X射线总结构因子的良好再现;这为进一步的结构分析提供了强有力的基础。除了部分径向分布函数,氢键组装的各种描述符,以及氢键网络已被确定从模拟的粒子配置。一个明确的趋势是观察到,随着温度的降低,水分子参与氢键的比例增加,正好2供体和2受体网站。关于通过氢键结合在一起的较大组件,主要关注的是环状实体的性质:人们发现,类似于甲醇-水混合物,氢键环的数量随着温度的降低而增加。然而,对于乙醇-水混合物,可以观察到不是六重环而是五重环的优势。
2018-03-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Chloride ions as integral parts of hydrogen bonded networks in aqueous salt solutions: the appearance of solvent separated anion pairs
在过去的50年里,与氯离子的氢键经常被讨论。尽管如此,这种二级分子间键合相互作用在氢键网络中的可能作用还没有被详细研究。在这里,我们认为计算机模型的浓缩氯化锂水溶液和计算通常的氢键网络特性,如集群的大小和环状实体的分布,无论是模型,考虑和不考虑氯离子。在氢键环的分析过程中,在高LiCl浓度下检测到大量的“溶剂分离阴离子对”。它表明,考虑到卤素阴离子的氢键网络的有机成分,使结构细节的解释显着更有意义的比只考虑水分子。最后,我们比较模拟的结构产生的“好”和“坏”的潜在集的基础上,在这里开发的工具,并表明,这种新的概念,确实,也有助于区分合理和无意义的结构模型。
2020-05-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Properties of hydrogen bonded network in ethanol-water liquid mixtures as a function of temperature: diffraction experiments and computer simulations
新的X射线和中子衍射实验已经进行了乙醇-水混合物作为一个功能的温度降低,这样的衍射数据,现在可以在整个组成范围内。广泛的分子动力学模拟表明,应用全原子间相互作用势是足够的洞察氢键网络结构,以及它的变化冷却。各种工具已被用于揭示有关氢键的细节,如确定氢键受体和供体网站,计算集群大小分布和集群拓扑结构,以及计算拉普拉斯光谱和分形维数的网络。结果发现,5元氢键环占主导地位的乙醇含量高达70%,在室温下,浓度环结构几乎消失。渗透已经得到了特别的关注,因此可以表明,在低温下,接近冰点,甚至含有90%乙醇的混合物也具有3D渗透网络。此外,即使在室温下,水子网络也会发生渗透,在50%乙醇附近发生渗透转变。
2021-04-06 cond-mat.soft
Hydrogen-bonded aggregates in the mixtures of piperidine with water: thermodynamic, SANS and theoretical studies
类似于半笼形化合物的结构可能出现在胺摩尔分数低于0.03的哌啶的液体水溶液中。随着浓度的增加,结构逐渐衰减,但哌啶与水的1:1复合物仍然通过O-H键相互连接。水分子间的O键。双连续微乳液类型的周期顺序发生在摩尔分数从0.08到0.5的范围内。在富含哌啶的混合物中,1:1络合物均匀地分散在胺中。这些配合物较低的稳定化能可能导致哌啶与水完全互溶。
2022-03-02 cond-mat.soft
Superstrong nature of covalently bonded glass-forming liquids at select compositions
由复杂比热测量建立了GexSe_(100-x)熔体的脆性(m)的变化规律,表明在Ge含量为21.5%<x<23%的范围内,m(x)在一个极低的值(m=14.8(0.5))处有一个全局极小值。在该组成范围之外,m(x)然后首先快速增加,然后缓慢增加到约m=25-30。通过在固定温度T>Tg下直接映射熔体化学计量作为反应时间的函数,我们观察到超强熔体组成(21.5%<x<23%)减缓了熔体均匀化。此外,该范围似乎与在网络玻璃中的柔性相和受应力的刚性相之间观察到的范围相关。这些壮观的特点强调了拓扑结构和刚性在网络形成液体和玻璃的性质中所起的关键作用,当脆弱性被表示为跟踪刚性效应的变量的函数时,这些作用就被强调出来了。最后,我们调查的脆弱性,玻璃化转变温度的关系,并发现报告的标度律不适用于在灵活的阶段,而有效的中间和强调刚性组合物。
2013-10-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Time-scale coupling in hydrogen- and van der Waals-bonded liquids
基于5种不同的响应函数,研究了1,2,6-己三醇和2,6,10,15,19,23-六甲基二十四烷(角鲨烷)的结构弛豫时间尺度耦合行为.结构松弛的时间尺度推导出每个调查的响应函数的反峰值频率。对于1,2,6-己三醇,时间尺度指数是温度无关的,而根据文献观察角鲨烷的时间尺度的解耦。另一种评估方法是角鲨烷的数据,提取时间尺度的终端弛豫模式,而不是峰的位置,在这种情况下,温度无关的耦合也被发现角鲨烷,尽管其强大的二次弛豫贡献。有趣的是,对于这两种液体观察到了非常相同的响应函数特定时间尺度的排序,这也与之前报道的简单范德华键合液体的观察结果一致[Jakobsen \textit{et al.},J. Chem. Phys. \textbf{136},081102(2012)]。这种时间尺度排序是基于以下响应函数,从快到慢的动态:剪切模量,体积模量,介电常数,纵向热膨胀系数,纵向比热。这些研究结果表明,不同的反应功能的时间尺度之间的一般关系,分子间的相互作用显然发挥了从属作用,建议一个相当通用的性质的结构放松的过程。
2021-03-01 cond-mat.soft
Gel-forming patchy colloids and network glass formers: Thermodynamic and Dynamic analogies
本文讨论了最近的尝试,以提供一个更深入的了解胶体物质的热可逆的“凝胶”状态,并解开凝胶在胶体水平和凝胶在分子水平,通常被称为网络形成强液体之间的类比。形成凝胶的片状胶体和强液体之间的连接是由粒子间相互作用的有限化合价提供的,即通过存在键合的最近邻的数量的限制。
2007-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bonded straight and helical flagellar filaments form ultra-low-density glasses
本文利用细菌鞭毛构建直杆、螺旋丝及杆-螺旋二嵌段共聚物,研究丝的三维形状对半稀布朗悬浮液微观动力学和宏观流变学的影响,发现杆-螺旋共聚物在极低密度下形成永久堵塞的低密度玻璃,证明丝形状可用于设计纤维悬浮液的流变性质。
2022-09-19 cond-mat.soft
Clustering and Micro-immiscibility in Alcohol-Water Mixtures: Evidence from Molecular Dynamics Simulations
采用经典的分子动力学模拟方法,在298 K和常压下,研究了甲醇和摩尔分数为7:3的水溶液中的氢键结构。我们发现,与最近X射线发射研究的预测相反,液体甲醇中的氢键结构以链和小环结构为主。在富含甲醇的溶液中,我们发现了微观不溶性的证据,支持最近的结论来自中子衍射数据。
2004-04-16 cond-mat.soft
Hydrogen bond dynamics at the glass transition
氢键键合的玻璃形成剂中的玻璃化转变不同于其它玻璃形成剂中的玻璃化转变。高粘性流的Eshelby重排叠加强烈不对称的氢键断裂过程,负责多余的机翼。它们对剪切松弛谱的影响在甘油中是强的,在PPE中接近于零,反映了氢键对高频剪切模量的贡献的强度。最近的理论的高粘性流动,使一个定量的共同描述的弛豫谱的剪切,线性和非线性的剪切,和热容量。
2021-11-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Thermodynamic Scaling of the Viscosity of Van Der Waals, H-Bonded, and Ionic Liquids
粘度和它们的温度,T,和体积,V,依赖性报告7分子液体和聚合物。结合文献粘度数据为5其他液体,我们表明,叠加的弛豫时间为各种玻璃形成材料时,表示为TV^g的函数,其中的指数g是一个材料常数,可以扩展到粘度。后者通常测量到比相应的弛豫时间更高的温度,证明了整个过冷和更高的T制度的热力学缩放的有效性。给定液体的g值主要反映了分子间力的大小(例如,排斥势的陡度);因此,我们发现从范德华流体到离子液体的g减小。对于强氢键材料,如低分子量聚丙二醇和水,由于化学结构(氢键度)随热力学条件的非平凡变化,叠加失败。
2006-07-24 cond-mat.soft
Cluster structure and dynamics in gels and glasses
凝胶的动力学停滞是一个明确的结构相变的结果,导致形成一个跨越集群的键合颗粒。相反,动态玻璃化转变并没有伴随任何明确的结构特征。然而,这两个过渡的特点是出现动力学的异质性。回顾最近的结果,从数值模拟,我们讨论了在不同的系统中的动力学不均匀性的行为,并表明,在凝胶的情况下,存在一个明确的连接与结构。这一新兴的图景可能也与更难以捉摸的眼镜有关。作为一个例子,我们表明,一个简单的玻璃形成模型的弛豫过程可以涉及到一个反向渗滤过渡,并讨论在这个方向上进一步的前景。
2016-07-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Molecular packing, hydrogen bonding, and fast dynamics in lysozyme/trehalose/glycerol and trehalose/glycerol glasses at low hydration
众所周知,水和甘油有助于无定形蛋白质基质的结构松弛。然而,几项研究证明,它们也可能限制蛋白质的快速($\sim$皮秒-纳秒,ps-ns)和小振幅($\sim$皮秒)运动,这决定了它们在冻干糖混合物中的稳定性。为了确定它们如何与玻璃基质中的蛋白质和糖相互作用,从而调节它们的快速动力学,我们在低甘油和水浓度下对溶菌酶/海藻糖/甘油(LTG)和海藻糖/甘油(TG)混合物进行了分子动力学(MD)模拟。在添加甘油和/或水时,LTG和TG混合物的玻璃化转变温度T $_{\textrm{g}}$降低,玻璃的分子堆积得到改善,并且溶菌酶和海藻糖的均方位移(MSD)降低或增加,这取决于时间尺度和所考虑的温度。物种之间形成的氢键(HB)的详细分析表明,水和甘油可以通过增加它们在玻璃基质中形成的HB的总数和/或强度来抑制溶菌酶和海藻糖的快速动力学。
2017-09-30 cond-mat.soft
Effect of temperature and glycerol on the hydrogen-bond dynamics of water
甘油、水和甘油-水二元混合物对生物分子结构和动力学的影响已经得到很好的研究。然而,关于甘油浓度和温度变化对水动力学的影响,还有很多东西有待了解。研究了浓度和温度对水分子形成氢键网络的影响。网络的弛豫时间与每个水分子的平均氢键数有很强的相关性,水分子中氧和氢原子的径向分布函数阐明了浓度对水分子结构和聚集的影响。
2015-08-27 cond-mat.soft
Temperature-dependent structure of 1-propanol/water mixtures: X-ray diffraction experiments and computer simulations at low and high alcohol contents
本文用高能同步辐射X射线衍射研究了正丙醇水溶液在冷却过程中的结构。报道了从室温到液体凝固点的6种混合物的X射线加权总散射结构因子,从8mol%到89mol%的醇含量,以及纯1-丙醇。为了解释测量数据,进行了分子动力学模拟。全原子OPLS-AA势模型用于1-丙醇,结合SPC/E和TIP 4P/2005水模型:这两种组合提供了在低和高醇含量下测得的总结构因子的半定量描述,而对于具有71摩尔% 1-丙醇的混合物,一致性是定性的。从模拟的粒子配置,部分径向分布函数进行了计算。此外,氢键网络提供了详细的描述,在氢键数,质子给体-受体比的分析,氢键簇的大小分布和环的大小统计。强烈的温度依赖性的逾渗阈值,以及参与的双氢键的分子在环状实体的数量,已被发现与89摩尔%的1-丙醇的混合物。醇含量高于20 mol%时,5-折叠环是最常见的环状实体,在环数方面具有强烈的温度依赖性。
2021-08-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Universal features in lifetime distribution of clusters in hydrogen bonding liquids
已知氢键液体,通常是水和醇,形成不稳定的结构(网络、链等),因此,这种结构的寿命是一个重要的微观参数,可以在计算机模拟中计算。由于这些团簇实体在本质上大多是统计的,因此可以预期,在短时间范围内,它们的寿命分布将是时间的宽的类高斯函数,其中单个最大值表示它们的平均寿命,并且弱依赖于诸如键合距离和角度的标准,与非氢键简单液体非常类似,而已知长时间部分具有某种幂律依赖性。出乎意料的是,本文研究的所有氢键液体,即水和醇,显示出高度分级的三种类型的比寿命,在亚皮秒范围0-0.5ps。主要寿命非常强烈地依赖于键合距离标准,并与氢键对有关。这种模式在非氢键简单液体中是不存在的。二次和三次平均寿命与团簇有关,几乎与成键判据无关。在这两个寿命中,只有第一个寿命与简单液体的寿命有关,这就提出了第三个寿命的性质问题。对醇的研究表明,第三寿命与氢键团簇的拓扑结构有关,其分布也可能受到“浴”周围烷基尾的影响。研究表明,氢键液体具有普遍的氢键寿命等级,不同类型的氢键液体具有不同的氢键寿命等级,氢键寿命等级取决于团簇结构的拓扑结构
2021-05-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Competing Supramolecular Structures: Dielectric and Rheological Spectroscopy on Glycerol/Propanol Mixtures
本文通过介电与流变光谱研究甘油/丙醇混合物的超分子结构竞争,揭示链/网络混合导致的双玻璃化转变和强动力学异质性。
2025-09-23 cond-mat.soft
Slow Relaxations of Chemically Confined Hydration Layers near Lipid Bilayers: Dynamical Heterogeneities above Supercooling
采用全原子分子动力学模拟方法,在308 K下研究了1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DMPC)脂质膜的水化过程,探讨了水化层普遍缓慢弛豫的物理机制.确定了连续存在的界面水(IW)彼此氢键合并与脂质头的不同部分协调。所有IW的非高斯参数显示了从笼式振动到平移扩散的交叉。一个显着的非高斯性观察IW普遍的大长度相关性的平移范霍夫函数。两个时间尺度的弹道运动和跳跃跃迁得到的自中间散射函数的IW与一个额外的长弛豫消失的BW。这是由于IW笼氢键结合到脂质头的耦合动力学。我们的计算表明,在室温以上,由于动力学的不均匀性,膜附近的水被减慢,并在冻结条件下的生物保护机制的影响。
2018-08-12 cond-mat.soft
Understanding tetrahedral liquids through patchy colloids
我们研究了一个简单的四面体片状胶体模型的结构特性,在该模型中,斑块的宽度和斑块的范围可以独立地调节。对于宽的键角,完全键合的网络可以通过标准Monte Carlo或分子动力学模拟的模型生成,提供了一个整洁的方法来生成无缺陷的随机四面体网络。这提供了关注贴片角宽度对完全结合的网络结构的作用的可能性。作为键合角的函数的完全键合的配置的分析示出了键合角如何控制系统的可压缩性、结构因子中的预峰的强度和环尺寸分布。与液态水和二氧化硅模型的比较使我们能够找到这些连续电位和胶体电位之间的最佳映射。基于以前的研究集中在角度范围和结晶之间的联系,映射使得有可能揭示新的光的玻璃形成能力的网络形成四面体液体。
2013-09-09 cond-mat.soft
Temperature-independent non-linear terahertz transmission by liquid water
液态水是研究最多的物质之一,但它的许多性质很难合理化。水的独特性源于氢键分子的动态网络,其弛豫时间常数约为1皮秒。太赫兹场在皮秒时间尺度上振荡,天生适合研究水。非线性太赫兹光谱学的最新进展揭示了来自水的大信号,这些信号已经用不同的,有时是相互竞争的理论模型来解释。在这里,我们表明液态水在~1 THz的非线性透射率在21 °C和4 °C下是相等的,因此表明最合适的微观模型应该弱依赖于温度。在迄今为止提出的不同机制中,氢键水分子的共振重定向可能是最适合描述所有现有实验结果的机制。
2022-11-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Structural and Microscopic Relaxation Processes in Liquid Hydrogen Fluoride
该研究通过非弹性X射线散射探究液态氟化氢的高频集体动力学,发现两个亚皮秒级弛豫过程,证实其为液态的普遍特征。
2023-08-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The Influence of Molecular Architecture on the Dynamics of H-Bonded Supramolecular Structures in Phenyl-Propanols
在宽带介电谱中,一元醇的弛豫行为通常由德拜过程控制。这个过程被认为是由氢键形成的瞬态超分子结构的动力学签名。在苯基丙醇中,苯环的空间位阻被认为影响链的形成,从而降低甚至抑制德拜过程的强度。在本文中,我们研究了这种效果在一个系统的一系列结构异构体的苯基-1-丙醇相比,1-丙醇。事实证明,通过结合BDS,光子相关光谱(PCS)和量热法可以揭示超分子结构的动力学。虽然光散射光谱显示出相同的光谱形状的主要弛豫所有调查的一元醇,不同的德拜贡献的介电谱。因此,它成为可能的第一次明确地解开两个弛豫模式的介电谱。通过对Kirkwood-Fröhlich相关因子的分析,发现苯环位置越靠近羟基,德拜弛豫越弱。即使在1-苯基-1-丙醇中,其苯基连接在最接近羟基的位置,我们也可以在介电谱中分离出Debye贡献。从这一点,我们得出结论,氢键一般不会被苯环的空间位阻增加抑制,而是环和链状结构的平衡向环状形状移动,使苯环更靠近羟基。此外,由PCS和BDS监测的α-松弛的形状保持不受氢键结合的程度的影响,并且在所研究的醇中是相同的。
2019-09-02 cond-mat.soft
On the insights into phases of liquid water from study of its unusual glass-forming properties
我们研究了通过使用与二元金属合金的Buckminster型有序转变或buckminsterfullerene的取向有序转变的类比来解释水的热力学[Science,319,582(2008)]是否有价值。在检查用于纳米约束水的热容量数据、热容量峰的构造以及纳米约束中的水分子的数量时,我们发现(i)通过将乳化水的数据与纳米约束水的数据结合来获得峰,并且(ii)仅三个水分子可以穿过研究中使用的1.1nm直径的孔来拟合,其中两个形成与二氧化硅氢键合的圆柱形壳。一个水分子的剩余连通性不会产生金属合金般的相变或协同运动。因此,在过冷水中没有考虑这种排序的基础。
2008-06-29 cond-mat.soft
Electrohydrodynamic Stresses from Hydrogen-Bond Network Dynamics in Water
Electrosoft labs LLP
研究氢键网络动力学对电液动力学流体的影响,结合分子动力学与连续理论,量化重现测量的粘电系数,揭示微观机制。
2026-03-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Glass-like dynamics of the strain-induced coil/helix transition on a permanent polymer network
我们研究了应力响应的步骤应变的共价键合的明胶凝胶在温度范围内,三螺旋可逆交联形成是禁止的。我们观察到缓慢的应力松弛对$T$依赖的有限渐近水平。我们表明,这是分配到应变诱导线圈$\rightarrow$螺旋过渡,以前证明了S。Courty,J.L. Gornall和E.M. Terentjev(PNAS,{ \bf 102},13453(2005))中所述的聚合物链的一部分。弛豫过程,在第一阶段,根据拉伸指数动力学,然后跨越到终端简单的指数衰减。各自的特征时间$τ_{K}$和$τ_{f}$表现出类似阿伦尼乌斯的$T$依赖性,其中相关能量$\cal E$不相容地大于异构化过程的激活势垒高度,该过程为初级线圈$\to$螺旋转化事件设定时钟。我们尝试性地将这种玻璃状的动力学减慢归因于随机弹性介质中局部基本事件产生的机械噪声引起的长程耦合。
2016-01-28 cond-mat.soft
Liquid polymorphism, density anomaly and H-bond disruption in an associating lattice gases
本文研究了氢键畸变和质子简并消除对缔合液体极小模型热力学性质的影响。在这两种情况下,两个液相和密度异常的存在不受影响。键合结构的简并度越大,临界温度越低,液-液共存线越陡,意味着液体密度越低,熵越大。对相图中氢键网络的分析表明,密度异常伴随着氢键密度的急剧降低,这对一个早已被人们所认识的关联式产生了限制。这一特点是目前独立的键畸变或质子熵的存在。
2006-09-21 cond-mat.soft
Water's Hydrogen Bond Strength
水对于生命的进化和延续都是必不可少的。它具有其他材料所无法找到的特殊性质,并且是赋予生命过程所必需的。这些性质是由氢键环境带来的,在液态水中尤其明显。每一个液态水分子都参与了大约四个氢键,这些氢键的强度远小于共价键,但远大于自然的热能。这些氢键大致呈四面体排列,使得当强烈形成时,局部聚集膨胀,从而降低密度。这种低密度结构在低温和过冷温度下自然发生,并产生许多物理和化学性质,证明液态水的特殊独特性。如果水的氢键实际上更强,那么水的行为与玻璃相似,而如果它们更弱,那么水将是气体,并且仅在零度以下的温度下以液体存在。这项研究的总体结论是,水的氢键强度集中在其适合生命的狭窄窗口内。
2007-06-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Long-Range Order and Interactions of Macroscopic Objects in Polar Liquids
我们发展了一个极性液体的唯象矢量模型,能够描述宏观物体之间的相互作用。它示出,一个强大的,远程和取向依赖的宏观物体之间的相互作用出现作为短程(氢键)和长程偶极-偶极相互作用的溶剂分子之间的竞争的结果。分子偶极在疏水边界附近的自发极化导致形成具有铁电性质的氢键分子的全局有序网络。所提出的矢量模型自然地描述了溶质边界上的拓扑激发,并可用于解释氢键网络和有序-无序相变的水化水层。
2006-04-21 cond-mat.soft physics.chem-ph q-bio.BM