Capacitive Sensing of Intercalated H2O Molecules Using Graphene
了解周围分子与石墨烯和相邻石墨烯的相互作用对于一系列基于石墨烯的设备（特别是传感器）具有根本重要性，其中这种相互作用可能影响设备的操作。众所周知，水可以被捕获在石墨烯及其主体衬底下面，然而，石墨烯下面的水的电效应及其如何随不同环境条件变化的动力学尚未被量化。在这里，使用金属氧化物-石墨烯可变电容器（变容二极管）结构，我们表明，石墨烯可用于电容感测石墨烯和HfO 2之间的水的嵌入，这个过程是可逆的，在一个快速的时间尺度。原子力显微镜用于确认嵌入和量化石墨烯的位移作为湿度的函数。使用密度泛函理论模拟来量化由插层水引起的石墨烯的位移，并且还将观察到的狄拉克点位移解释为是由于水和氧对石墨烯中的载流子浓度的组合效应。最后，分子动力学模拟表明，一个可能的机制，为嵌入涉及吸附和横向扩散的水分子下方的石墨烯。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall
Intermolecular Casimir-Polder Forces in Water and near Surfaces
Casimir-Polder力是一种重要的长程相互作用，涉及流体中分子的吸附和解吸。我们探讨Casimir-波尔德相互作用的甲烷分子在水中，和一个分子在水中的二氧化硅和己烷表面附近。在Casimir-Polder能量的表达式中包含有限的分子尺寸导致对分子之间以及一个分子与平面表面之间的结合能的分散贡献的估计。
2014-09-13 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Thermal transport of confined water molecules in quasi-one-dimensional nanotubes
本文利用准一维非平衡分子动力学模拟研究碳纳米管内受限水的热导率，揭示单链水的长度次线性依赖及单层水热导率增强机制。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Thermodynamics of Water Entry in Hydrophobic Channels of Carbon Nanotubes
实验和计算机模拟表明，水自发地填充碳纳米管的疏水空腔。为了从热力学的角度对这一现象进行定量分析，我们采用两相热力学（2PT）方法计算了单壁碳纳米管中水分子的平移熵和旋转熵，结果表明，水分子在碳纳米管中能量的增加可以通过旋转熵的增加得到补偿。承压水与本体水处于平衡状态，在模拟结果的精度范围内，承压水的单位水分子亥姆霍兹自由能与本体水的单位水分子亥姆霍兹自由能相同。限制在碳纳米管与散装水的水分子的平移和旋转光谱的比较显示显着的位移的光谱峰的位置是直接相关的管半径。
2011-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Selective transport of water molecules through interlayer spaces in graphite
石墨中的层间空间对于离子和分子（包括质子）是不可渗透的。它的受控膨胀将在海水淡化，气体净化，高密度电池等方面找到几个应用。在过去，金属插层已被用来修改石墨层间空间，但是，所得的插层化合物在水中是不稳定的。在这里，我们成功地扩大石墨层间空间插入水溶液氯化钾离子电化学。与未插层石墨相比，水的电导率显示出几个数量级的增强。水蒸发实验进一步证实了高渗透率。有弱离子渗透通过层间空间，高达1 M的最高氯化物浓度，空间上有限的运输的指示。在这些非常少的运输离子，我们观察到水合能依赖的盐离子之间的选择性。这些都强烈建议一个软球模型的空间排斥，这是很少报道。我们的光谱研究提供了明确的证据，阳离子-π相互作用，虽然弱阴离子-π相互作用也可检测到。这些发现提高了我们在原子尺度上对分子和离子输运的理解。
2021-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards a quasiphase transition in the single-file chain of water molecules: Simple lattice model
本文提出一个简单晶格模型，结合量子化学计算和分子动力学模拟，解释了单壁碳纳米管中水分子在150 K左右的温度驱动准相变及其偶极子取向有序性。
2023-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Water exchange at a hydrated platinum electrode is rare and collective
我们使用分子动力学模拟来研究水分子在模型金属电极表面上的交换动力学--本体液体中的水分子和与金属结合的水分子之间的交换。这个过程是一个罕见的事件，与结合水的平均停留时间约为40纳秒的模型，我们认为。借助稀有事件取样技术的分析，我们展示了这种交换或解吸是如何通过（1）结合水分子吸附层内的氢键网络的重组和（2）吸附层附近的散装液体的界面密度波动来控制的。我们定义集体坐标描述的解吸机制。与单个事件相关的空间和时间相关性延伸到纳米和数十皮秒。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Translational diffusion of a fluorescent tracer molecule in nanoconfined water
示踪染料分子在水中的扩散是一个重要的课题，直接影响到许多技术应用。然而，目前尚不清楚亲水性和疏水性纳米通道中的水动力学是否保持块状。在这里，我们提出了一种荧光染料分子在水中的扩散测量局限于两个亲水表面之间的纳米级，其分离可以控制精度小于一个纳米。我们观察到荧光强度在快速（$\sim$ 30 $μ$ s）和慢速（$\sim$ 1000 $μ$ s）时间分量上相关。缓慢的时间尺度是由于荧光团吸附到限制壁，并且在1 M盐的存在下消失。快的组件是由于染料分子在间隙中的扩散，并被发现是散装样的子-10 nm的分离，并表明限制下的水的粘度保持不变的限制间隙小到$\sim$ 5 nm。我们的研究结果相矛盾的一些最近的测量扩散纳米约束下，但他们是一致的自扩散使用分子动力学模拟和测量中子散射实验的许多估计。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Single-Molecule Water Motion on h-BN and Graphene: A Paradigm Shift in Understanding the Behaviour of Water on 2D Material Interfaces
Graz University of Technology（格拉茨工业大学）；University of Surrey（萨里大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本研究通过单分子水摩擦和扩散研究，揭示了h-BN与石墨烯在水行为上的显著差异，发现h-BN上水分子自由旋转且激活能更低，挑战了传统模型对极性二维材料水行为的理解。
2025-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inherent fluctuation-mediated equivalent force drives directional motions of nanoscale asymmetric particles -- Surf-riding of asymmetric molecules in thermal fluctuations
使用一个简单的理论模型的纳米级不对称粒子/分子的不对称结构或/和不对称的电荷分布，在这里使用的电荷偶极子作为一个例子，我们表明，有单向传输介导的非白色波动，如果粒子/分子的不对称取向的约束。这表明存在固有的等效力，该力在波动的环境中沿着不对称颗粒的取向驱动颗粒/分子本身。在实际系统中，在环境条件下，等效力也存在于不对称分子（例如水和乙醇）中，因为热波动在纳米级下不再是白色的[Wan，R.，J. Hu和H. Fang，Sci. 2012，55，751]。分子动力学模拟结果表明，当水分子取向具有择优性时，室温下固体表面上的疏水层存在单向输运。这一发现将在从分子角度理解世界和开发各种纳米级和批量应用的新技术方面发挥重要作用，如化学分离，水处理，传感和药物输送。
2013-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Molecular Dynamic Study of Local Interfacial Thermal Resistance of Solid-Liquid and Solid-Solid Interfaces: Water and Nanotextured Surface
空调和冰箱的性能下降是由表面上的结霜和粘附引起的。在本研究中，通过经典的分子动力学模拟，我们调查如何以及有多少纳米织构的表面特性，如表面润湿性和几何形状，影响固体壁和水/冰之间的界面热阻（ITR）。界面区域的ITR在水和冰的状态下是相当的。随着纳米结构间隙变窄，界面区域的ITR降低。局部ITR与局部H2O分子密度呈弱负相关，与H2O分子的相态无关。局部ITR随局部密度的增加而降低。当更多的H2O分子位于比第一吸附层峰更靠近Pt固体壁的邻近区域时，更大的热能通过分子间相互作用通过材料界面传递。当H2O分子在固体壁面上以晶体形式存在时，邻近分子减少，然后局部ITR显著增加。
2021-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Dipole Ordering of Water Molecules in Cordierite: Monte Carlo Simulations
根据最近的实验数据，水分子的电偶极子，单独封闭在堇青石晶体的规则间隔的纳米孔中，由于它们的相互作用而在低温下变得有序，并且显示出它们的介电磁化率的频率依赖性，这是弛豫铁电体的典型特征。相应的相变伴随着异常的热力学量，如热容和介电磁化率，这是计算在这里使用Monte Carlo方法，并讨论了它们的协议的实验数据。尽管增加的相关长度，部分填充的偶极晶格在低温下，根据计算，不具有长程序，并对应于偶极玻璃。这个模拟给出了一个微观洞察极性纳米区域的形成弛豫铁电体和它们的大小的温度依赖性。
2021-04-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Active Water Pump Driven by Terahertz Electromagnetic Field
如何高效、易实施、远距离、无损地实现主动泵送，仍然是一个很大的挑战。本文采用分子动力学模拟，首次在无外压梯度的条件下，利用太赫兹电磁波（TEW）在（6，6）单壁碳纳米管（SWCNT）中偏压辐照，激发出一个主动泵，用于水的传输.发现在特征频率为14 THz附近，通过抽运产生超快电导率（高达9.5 /ns）。这种优异的抽运能力归因于TEW与水分子之间的共振耦合，水分子可以持续获得可观的能量，从而打破氢键的束缚和空间对称性。这种提出的TEW驱动泵概念将为极性分子通过人工或生物纳米通道的运输提供指导，特别是在可控，非接触和大规模的过程中。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tracking and controlling monolayer water in gold nanogaps using extreme plasmonic spectroscopy
本研究利用带亚纳米间隙的金纳米颗粒聚集体实现强SERS增强，系统研究了环境条件下金纳米间隙内单层水的结构、电位下的取向变化及与间隔分子的结合方式，为理解相关化学过程提供支撑。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Water dimer driven DNA base superstructure with mismatched hydrogen-bonding
室温下平衡水蒸气中存在水二聚体，最近的研究揭示了它们的反常性质，表明水二聚体在实验和理论上都具有基准作用。然而，由于在单分子水平上分离和生成水的挑战，对单个水二聚体的观察有限。在这里，我们实现了嵌入在Ag（111）上的DNA碱基腺嘌呤自组装层内的单个承压水二聚体的真实空间成像。这些水二聚体对腺嘌呤层的水合作用导致局部表面手性反转，使得相邻的同手性腺嘌呤分子在水合后变得异手性，从而导致相邻腺嘌呤分子之间的氢键模式不匹配。此外，腺嘌呤超结构和这些动态承压水二聚体之间的相互影响，证实了理论模拟和计算。对单个承压水二聚体的观测为研究水分子团簇的基本形式及其与局部化学环境的相互作用提供了一种前所未有的方法。
2022-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effects of electrostatic interactions on Kapitza resistance in hexagonal boron nitride-water interfaces
纳米尺度体系中的静电相互作用会影响传热机理和界面性质。本研究利用分子动力学模拟探讨不同静电作用对六方氮化硼-水系统Kapitza电阻（$R_k$）的影响。六方氮化硼纳米管（hBNNT）-水界面处的Kapitza电阻随着纳米管直径的增加而减小，这是由于单位表面积上的水分子聚集更多。硼和氮化物上部分电荷的增加导致$R_k$的还原。随着部分电荷的增加，观察到hBNNT和水之间的氢键更好，而水分子的结构和顺序保持不变。然而，向水中加入NaCl盐对界面热传递没有任何影响。$R_k$随电解质浓度保持不变，因为离子和hBNNT之间的累积库仑相互作用与水分子相比显著更小。此外，电场强度对界面传热的影响也研究了通过提供均匀的正，负表面电荷的最外层hBN层。$R_k$几乎与所施加的电场的实际范围无关，并且对于极端场强，随着电场的增加而减小，直到发生电冻结现象。水分子朝向带电表面的有序化导致分层效应的增加，从而导致在存在电场的情况下$R_k$的减少。
2022-03-16 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.chem-ph
