Recent advances in the computational chemistry of soft porous crystals
在这里，我们强调了纳米多孔材料计算化学领域的最新进展，重点是解决这些系统的非凡动态性质的方法和研究：其框架的高度灵活性，外部物理或化学刺激后的大规模结构变化，以及缺陷和无序的存在。在软多孔晶体中表现出的各种行为，包括金属有机框架的主题类，为所有尺度的计算化学方法带来了新的挑战。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Elastic properties of model porous ceramics
采用有限元法研究了孔隙率和孔隙形状对模型多孔陶瓷弹性性能的影响。发现每个模型的杨氏模量实际上与固体泊松比无关。在足够高的孔隙率，泊松比的多孔模型收敛到一个固定的值独立的固体泊松比。模型的杨氏模量与实验数据吻合较好。我们提供了简单的公式，可用于预测陶瓷的弹性性能，并允许准确的解释经验性质孔隙率关系的孔隙形状和结构。
2000-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of porphyrin-based metal-organic frameworks and their suitability for solar fuel production photocatalysis
金属-有机骨架（MOFs）由于存在活性金属中心和有利于分子吸附和限制的多孔结构，可以是非常好的催化材料。在这里，我们提出了一个家庭的MOFs的电子结构的第一性原理调查的基础上连接通过苯基-羧基配体和AlOH物种的卟啉，以评估其适用性的燃料生产反应，使用阳光的催化剂。
2015-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Temperature-driven confinements of surface electrons and adatoms in a weakly interacting 2D organic porous network
研究提出Cu(111)上弱相互作用TPT分子的温度可逆相变多孔网络，利用低温亚纳米空腔限域表面电子并捕获Co形成有序量子点，实现表面电子与自旋调控。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gas Mixture Diffusion and Distribution in the Porous ZIF-90 Framework
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本文通过GCMC和MD分子模拟研究ZIF-90中CO₂/N₂二元混合物的竞争吸附与扩散行为，揭示框架拓扑与孔道化学共同决定扩散路径和空间分布，为优化金属有机框架的分离与储存性能提供分子级设计原则。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Redox chemistry and metal-insulator transitions intertwined in a nano-porous material
金属有机框架是与气体分离和催化相关的纳米多孔吸附剂，从空气中分离O2对于各种工业应用至关重要。金属有机框架Fe 2（DOBDC），也称为MOF 74，可以选择性地吸附O2的方式，违背了经典的图片：吸附位点要么做或不共享电子在一个长的范围。这份报告提出，然后证明现象学和计算，一个机制。电子受体O2在准一维（1D）电子给体半导体Fe 2（DOBDC）中的电荷转移介导的吸附驱动1D金属绝缘体跃迁并由1D金属绝缘体跃迁驱动，所述1D金属绝缘体跃迁使1D电子局域化或离域。这种机制与经验证据一致，并预测了一类纳米多孔半导体或金属和潜在的吸附剂和催化剂，其中化学和金属绝缘体过渡相互干扰。
2014-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Flow of Electrically Charged Fluids Through Elastic Porous Media
本研究采用三连续介质模型，系统推导了带电流体在弹性多孔介质中流动的控制方程，所得非线性理论适用于大变形和强电场。\n
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A homogenized damping model for the propagation of elastic wave in a porous solid
本文发展了一种基于本征函数展开法和协作法相结合的平均技术，研究了SH波在多孔介质中传播的多次散射效应。采用Monto Carlo方法，利用半解析平均技术研究了多孔介质中多次散射效应引起的应力波传播的宏观频散和衰减现象。通过有限元分析验证了平均技术。最后，提出了一个简单的均匀化阻尼弹性模型来描述SH波在多孔介质中的宏观频散和衰减效应。
2021-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cs.NA
Near-field infrared nanospectroscopy reveals guest confinement in metal-organic framework single crystals
金属有机框架（MOFs）可以为分子客体包封提供特殊的孔隙率，用于传感、气体储存、药物递送和光电子学中的紧急应用。然而，实现这些应用程序的核心是成功地将功能性客人限制在主机框架内。在这里，我们证明，第一次，散射型扫描近场光学显微镜（S-SNOM）和纳米傅里叶变换红外（nanoFTIR）光谱的可行性，在音乐会与密度泛函理论（DFT）计算，以揭示振动特性的来宾@MOF系统。通过探测单个MOF晶体，我们确定了局部分子的振动，从而为纳米级的主客体相互作用提供了新的线索。我们的策略不仅证实了在单晶中的多孔主体框架中成功封装发光客体分子，而且进一步为纳米尺度分辨的物理和化学鉴定提供了一种新的方法，用于广泛的框架材料和设计师多孔系统的高级应用。
2021-01-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Quantum chemical calculations to elucidate the electronic and elastic properties of topologically equivalent metal organic frameworks
本文采用从头算方法研究了三种拓扑结构相同的咪唑酯骨架分子筛ZIF-4、ZIF-62和TIF-4的弹性性质。ZIF是金属有机框架（MOF）的一个子集，其多功能性为固态科学提供了令人兴奋的机会。了解杂化材料的结构和弹性性能之间的关系，使开发新一代功能材料成为可能。在这项工作中，我们已经确定了体积（$K$），剪切（$G$）和杨氏模量（$E$），连同泊松比（$\upsilon$），和通用弹性各向异性指数（$A$ $^{\textbf{U}}$）从计算的弹性系数。张量分析的弹性常数揭示了不寻常的和高度各向异性的弹性行为。所有三种材料都表现出低的杨氏模量和剪切模量。此外，他们的灵活性纳入负泊松比（NPR）和负线性压缩性（NLC）的地区。这些ZIF晶体的弹性性质受到取代的有机键的影响。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Localization of elastic deformation in strongly anisotropic, porous, linear materials with periodic microstructures: exact solutions and dilute expansions
精确解推导出的问题的二维，无限各向异性，线弹性介质包含一个周期性的晶格空隙。基体材料具有一个无限软，或一个无限硬加载方向，这诱导局部（奇异）场配置。在每种情况下，计算有效弹性模量作为孔隙率的函数。它们的稀释膨胀具有孔隙度的半整数幂，这可以与局部场模式相关。统计特性的字段，如他们的第一时刻和直方图提供，特别强调后者的奇异性。系统的行为附近的空隙紧密堆积分数也进行了研究。这项工作的结果揭示了强非线性多孔介质，最近已获得的“二阶”均匀化方法的装置，并在稀释的估计也表现出分数幂的孔隙度的相应结果。
2007-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Elastic turbulence generates anomalous flow resistance in porous media
不同的工艺依赖于聚合物溶液通过多孔介质的粘性流动。在许多情况下，宏观流动阻力突然增加超过阈值流量在多孔介质-但不是在散装溶液。为什么半个多世纪以来一直是个谜。在这里，通过直接可视化透明的3D多孔介质中的流动，我们证明了这种异常增加是由于弹性不稳定性的开始。我们确定，能量耗散的不稳定的流动波动，这在孔隙中的变化，通过整个介质的流动阻力产生异常增加。因此，通过将不稳定流动的孔尺度开始与宏观运输联系起来，我们的工作为预测和控制聚合物溶液流动提供了普遍适用的指导方针。
2020-11-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Understanding Adsorption-Induced Structural Transitions in Metal-Organic Frameworks: From the Unit Cell to the Crystal
呼吸转换代表最近发现的吸附诱导的结构转换之间的大孔和窄孔构象的金属有机框架，如MIL-53。我们提出了一个多尺度的呼吸过渡的动力学的物理机制。我们表明，由于主机框架弹性和客体分子吸附之间的相互作用，这些转换的晶体水平上发生通过逐层剪切。我们构造了一个简单的哈密顿量，它描述了在单位晶胞水平上的主-主和主-客相互作用的物理过程，并由于长程弹性细胞-细胞相互作用而减少到一个有效维度。然后，我们使用这个哈密顿量的吸附-解吸循环的蒙特卡罗模拟，研究如何在晶体水平上的过渡机制，通过三个关键的物理参数：过渡能垒，细胞-细胞的弹性耦合，和系统的大小的单位细胞的行为。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Comment on Two-dimensional porous graphitic carbon nitride C6N7 monolayer: First-principles calculations [Appl. Phys. Lett. 2021, 119, 142102]
最近，Bafekry等人[Appl.Phys.Lett. 119，142102（2021）]报道了他们关于新型C6N7单层的弹性常数的密度泛函理论（DFT）结果。他们预测C6N7单层的弹性模量非常软，为36.29 GPa，这对于碳氮化物2D晶格来说非常低。使用DFT计算，我们预测一个显着更高的弹性模量为267 GPa的单层。最大拉伸强度也被预测为20.5 GPa，揭示了C6N7单层的突出的机械性能。
2022-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Visco- and plasto-elastic fracture of nano-porous polymer sheets
研究了聚丙烯纳米多孔板的断裂表面能随拉伸速度的变化规律，发现了两个组成部分：静态的和动态的。我们表明，这些术语可以被解释为分别作为弹塑性和粘弹性成分，如已示出的软聚乙烯（PE）泡沫塑料在以前的工作。考虑到本PP和以前的PE片材的孔径，体积分数和杨氏模量的显着差异，本结果表明多孔聚合物片材的断裂的普遍物理机制。从机理中得出的简单物理解释可能有助于开发韧性聚合物。本文还讨论了断裂力学中Griffith能量平衡与应力准则的等价性，并利用现有的实验数据进行了论证。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shock Wave Response of Porous Materials: From Plasticity to Elasticity
冲击波反应导致多孔材料中的各种特征区域。这些区域的几何和拓扑性质在实际应用中受到高度关注。通过对高温特征区域的形态学分析，研究了多孔材料受冲击后的热力学行为，其力学性质涵盖了从超塑性到弹性的广泛范围。结果表明，在冲击强度一定的情况下，含$T \geq T_{th}$的高温区总面积$A$及其饱和值随初始屈服$σ_{Y0}$的增大先增大后减小，其中$T_{th}$为给定的温度阈值$T$ .在冲击加载过程中，如果$T_{th}$和$σ_{Y0}$选择适当，则分数面积$A(t)$可显示相同的行为。在相同的$A(t)$行为下，$T_{th}$随着$σ_{Y0}$先增大后减小。在最大点$σ_{Y0M}$，冲击波贡献最大塑性功。在$σ_{Y0M}$周围，具有不同机械性能的两种材料甚至对于相同的$T_{th}$也可能具有相同的$A(t)$行为。具有较大$σ_{Y0}$的材料中的特征区域更加分散。
2010-05-06 cond-mat.mtrl-sci
An Ising Model for Metal-Organic Frameworks
我们提出了一个三维的伊辛模型，其中等自旋的线被冻结，使它们形成一个有序的框架结构。帧自旋对其余自旋（活动自旋）施加外部场。我们证明，这种“多孔伊辛模型“可以被看作是一个极小模型的气体分子在金属有机框架的冷凝转变。使用蒙特卡罗模拟技术，我们比较了多孔伊辛模型的相行为与基于粒子的模型的甲烷（CH $_4$）在等网格金属有机框架IRMOF-16的缩合。对于这两种模型，我们发现一个线的一阶相变，在临界点结束。我们表明，在这两种情况下的临界行为属于3D伊辛普适类，在相反的其他相变的限制，如毛细管凝聚。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nanoindentation of Porous Bulk and Thin Films of LSCF
在本文中，我们展示了如何可靠的测量多孔陶瓷薄膜可以通过适当的纳米压痕实验和分析。采用纳米压痕法研究了混合导电钙钛矿材料LSCF 6428的室温力学性能。使用球形压头，使得接触面积远大于多孔微结构的尺度。在900- 1200 ℃烧结后，随着孔隙率从45%降低到5%，块体样品的弹性模量从33.8 GPa增加到174.3 GPa，硬度从0.64 GPa增加到5.32 GPa。压头下的致密化被认为对所测量的弹性模量的影响很小。致密样品中的残余孔隙率被发现占压痕和脉冲激励测量的弹性模量之间的差异。通过在900- 1200 ℃下烧结，还制备了具有可接受的压痕表面粗糙度的无裂纹LSCF 6428膜。可靠的测量薄膜的真实性能，通过数据外推法提供的压痕深度与薄膜厚度的比率是在0.1至0.2的范围内。对于给定的孔隙率，膜和块体材料的弹性模量近似相等。采用纤维束扫描电镜（FIB-SEM）对压痕前后薄膜的三维微观结构进行了表征。实际微结构的弹性形变的有限元建模显示出与纳米压痕结果的极好的一致性。
2015-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural, elastic, thermal, and electronic response of small-molecule-loaded metal organic framework materials
我们结合红外光谱，纳米压痕测量，和\emph{ab initio}模拟研究的结构，弹性，热，和电子响应的金属有机框架MOF-74-Zn时，加载H $_2$，CO $_2$，CH $_4$，和H $_2$ O的演变。我们发现，在这个MOF的分子吸附触发显着的响应，在所有这些属性的主机材料，与特定的签名为每个客人分子。通过这项全面的研究，我们能够澄清和相关的物理和化学环境的变化，调节这些反应的潜在机制。我们的研究结果表明，一般的金属有机骨架材料，特别是MOF-74-Zn，可以是非常有前途的材料，用于新型换能器和传感器应用，包括气体混合物中的高选择性小分子检测。
2014-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Towards coarse-grained elasticity of single-layer Covalent Organic Frameworks
二维共价有机框架（2D COF）是一类有趣的2D材料，因为它们的网状合成允许结构和功能的定制设计。对于它们的许多应用，机械稳定性和性能是一个重要方面。在这里，我们使用的计算方法，涉及密度泛函为基础的紧束缚方法计算约40 COFs的蜂窝晶格的面内弹性性质。基于这些计算，我们开发了两种粗粒度的描述：一种基于弹簧网络，第二种使用弹性梁网络。该模型使我们能够连接的COF力常数的连接分子的分子力常数，从而使一个有效的描述弹性形变。为了说明这方面，我们计算了不同的COFs包含等效的斯通-威尔士缺陷的变形能，并发现与粗粒度描述非常吻合。
2022-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Analyses of microstructural and elastic properties of porous SOFC cathodes based on focused ion beam tomography
多孔SOFC电极的力学性能在很大程度上取决于其微观结构。弹性性能和微观结构参数的测量可以通过基于真实电极微观结构的数字重建的3D体积的建模来实现。然而，这种测量的可靠性在很大程度上取决于为重建而采集的原始图像的处理。在这项工作中，实际的显微组织的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d（LSCF）阴极在高温烧结的基础上重建的双光束FIB/SEM层析。关键的微观结构和弹性参数进行了估计和相关。分析了它们对图像分割中灰度阈值的敏感性。重要的微观结构参数包括孔隙率、弯曲度、比表面积、颗粒和孔径分布以及颗粒间颈部尺寸分布，这些参数可能对使用FEM从微观结构模拟的弹性性质具有不同程度的影响。结果表明，不同的阈值范围会导致对特定参数的敏感程度不同。孔隙度和弯曲度的估计比表面积体积比更敏感。发现孔和颈尺寸比颗粒尺寸不太敏感。结果还表明，弹性模量对孔隙率基本敏感，孔隙率在很大程度上受阈值控制。
2015-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of Small Molecules in Metal Organic Framework Materials
将从头算模拟与原位红外光谱相结合，揭示了金属有机骨架MOF-74-Mg中H $_2$、CO $_2$和H $_2$ O的分子输运。我们的研究揭示了-在原子水平上-这些小分子的运输机制的主要因素。特别是，我们确定了四个关键的扩散机制，并计算相应的扩散障碍，这是很好地证实了时间分辨红外实验。我们还回答了一个长期存在的问题，二次吸附网站的存在的客体分子，我们展示了这些网站如何影响宏观扩散性能。我们的研究结果对于从根本上了解这些纳米多孔材料中的扩散过程非常重要，并直接影响了MOFs在气体封存和储存应用中的可用性。
2012-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Formation of a New Archetypal Metal-Organic Framework from a Simple Monatomic Liquid
我们报告了一个分子动力学模拟的单组分质点系相互作用，通过球对称的潜力，发现形成后，从液态冷却，低密度的多孔结晶相。其结构分析表明，该晶体可以用一个网络来描述，其拓扑结构属于金属有机框架（MOFs）的拓扑结构特征。观察到的网络是新的，它现在包含在网状化学结构资源数据库（RCSR）中。一个网络拓扑特征的MOF晶体，这是已知的由一个协调驱动的自组装过程中形成的，可以复制一个简单的单组分质点系的一个稳定的配置的观察打开了使用这些模型在研究的MOF网络的可能性。它还表明，具有MOF拓扑结构的结构，以及其他低密度多孔晶体结构，可以在球形颗粒的胶体系统中产生，适当地调整颗粒间的相互作用。
2014-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Elastic heterogeneity governs asymmetric adsorption-desorption in a soft porous crystal
本研究针对软多孔晶体中吸附-脱附转变的滞后机制，构建纳入吸附诱导晶格形变与弹性模量变化的极简模型，揭示弹性异质性的非对称作用，为设计可调吸附滞后的软多孔晶体提供理论指导。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On-surface synthesis of antiaromatic and open-shell indeno[2,1-b]fluorene polymers and their lateral fusion into porous ribbons
多环碳氢化合物由于其在有机电子学中的潜在作用而受到极大的关注，对于具有不成对电子密度的开壳层系统，在自旋电子学和数据存储中具有潜在的作用。然而，多自由基碳氢化合物固有的不稳定性严重限制了对其电子结构的详细研究。在这里，我们报告的表面合成共轭聚合物组成的茚并[2，1-b]芴单元，这是反芳族和开壳biradicaloid。所观察到的反应产物，其中还包括一个非苯型多孔带所产生的未受保护的茚并[2，1-b]芴链的横向融合，其特征在于通过低温扫描隧道显微镜/光谱和非接触式原子力显微镜，辅以密度泛函理论计算。这些聚合物吸附在Au（111）上时呈现低的带隙。此外，通过从头计算阐明了它们突出的反芳香性和自由基特性，使它们在电子学和自旋电子学中具有应用前景。此外，它们为探索低维有机纳米材料中的磁性提供了丰富的游乐场。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Probing dynamics of water mass transfer in organic porous photocatalyst water-splitting materials by neutron spectroscopy
为开发可持续的无碳能源而寻求有效和经济上可获得的清洁方法，引起了人们对氢燃料生产的浓厚兴趣。这可以通过利用太阳能但需要使用足够的光催化剂的水分解过程来实现。共价三嗪基骨架（CTF）是水裂解的目标光催化剂。CTFs的电子和结构特征，光学带隙和孔隙率，直接相关的水分裂。这些可以通过化学设计来工程化。多孔性可以通过为催化反应提供更大的表面积而有利于水裂解。然而，孔隙率也可以影响光催化剂内的电荷传输以及反应物和产物的传质，从而影响反应的总体动力学。我们专注于化学设计和水（反应物）传质之间的联系，在吸水过程和随后的制氢过程中发挥关键作用。我们使用中子能谱研究水在两个多孔CTF，CTF-CN和CTF-2，在其支柱的极性不同的传质。准弹性中子散射（QENS）是用来量化的束缚水和水的平移扩散的量。非弹性中子散射测量补充QENS，并提供深入了解CTF结构的柔软性和CTF中水的自由度的变化。我们表明，CTF-CN表现出较小的表面积和吸水率，由于一个较软的结构比CTF-2。目前的研究导致了对CTF光催化剂的结构-动力学-性质关系的新见解，为更好地理解水裂解应用基础上的宾主相互作用铺平了道路。
2021-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Enhanced elastic stability of a topologically disordered crystalline metal--organic framework
本研究通过对比拓扑非周期MOF（TRUMOF-1）与有序MOF-5，发现非周期拓扑可抑制弹性不稳定性，增强框架弹性稳定性，为框架材料力学设计提供反直觉新思路。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Elastic heterogeneity governs anomalous scaling in a soft porous crystal
Graduate School of Arts and Sciences, The University of Tokyo（东京大学大学院人文社会系研究科）；Graduate School of Engineering, Tottori University（鸟取大学大学院工学研究科）
研究揭示弹性异质性通过调控吸附动力学，导致软多孔晶体中出现尺寸依赖性吸收、表面褶皱及异常动态尺度等现象。
2025-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fast Fourier Transform computations and build-up of plastic deformation in 2D, elastic-perfectly plastic, pixelwise disordered porous media
用快速傅里叶变换方法计算了二维像素级无序系统的应力和应变场。该系统，一个模型的韧性损伤介质，由一个弹性理想矩阵包含空像素。在等双轴或剪切载荷下研究其行为。我们监测加载的塑性变形区的演变，我们表现出成核/生长/聚结的情况下，后者。通过使用在一个像素水平上实现平衡和连续性的离散格林函数，塑料"簇“的识别变得容易。观察到的形态制度对应的宏观应力/应变曲线的一些功能。
2008-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
On a certain analogy between hydrodynamic flow in porous media and heat conductance in solids
我们考虑孔隙流体饱和的多孔介质（Biot理论）。假设流体是不可压缩的。它表明，一般的弹性和压力方程的积分可以写在形式的时间依赖的矢量位${\bf F}$是一个解决方案的齐次，四阶微分方程。得到的${\bf F}$方程比相应的热弹性矢势方程具有更一般的形式，是一个与时间有关的非齐次双拉普拉斯矢量的解.然而，这两种矢量势对于一般的定常问题和某些特定的边界条件（无旋变形）都是一致的。一个例子的无旋变形进行了详细研究，展示经典矢量扩散的已知属性
2001-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Guest-induced structural deformation in Cu-based Metal-Organic Framework upon hydrocarbon adsorption
在一个捕集和分离过程占全球能源消耗10%以上的世界中，新型多孔材料，如用于吸附工艺的金属有机框架（MOFs），是取代高能耗蒸馏的有前途的替代品。形状和尺寸定制的孔结合路易斯酸位点可以增强吸附剂-吸附剂相互作用。了解吸附的基本机制对于设计和优化捕获和分离过程至关重要。在本文中，我们分析了轻质烃（甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯）在两种合成的铜基MOF（Cu-MOF-74和URJC-1）中的吸附行为。实验和计算的吸附曲线揭示了暴露的金属中心对烯烃的有限影响。较低的相互作用Cu-烯烃也反映在计算的吸附焓和结合的几何形状。此外，在URJC-1中首次报道了菱形孔在外部刺激下的变形。这种现象被强调为了解吸附剂的响应机制和未来工业应用潜力的关键。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Challenges in first-principles NPT molecular dynamics of soft porous crystals: A case study on MIL-53(Ga)
软多孔晶体对具有灵活尺寸和形状的模拟单元的分子动力学模拟提出挑战（即，在《不扩散条约》总体框架内），因为它们的框架对微小的外部刺激非常敏感。因此，所有的相互作用必须非常精确地描述，以获得正确的平衡结构。在这里，我们报告的纳米多孔金属有机框架MIL-53（Ga），它经历了一个大幅度的转变之间的窄和大孔相时，温度的变化的方法研究。由于这个系统还没有被调查的密度泛函理论（DFT）为基础的NPT模拟到目前为止，我们仔细检查的收敛应力张量的计算参数。此外，我们证明了色散相互作用的重要性，并测试两种不同的方式将它们纳入DFT框架。因此，我们提出了两个计算方案，准确地描述了窄和大孔相的材料，分别。这些方案可以用于未来的工作中的微妙的相互作用之间的吸附在纳米孔和结构的主体材料的灵活性。
2014-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Magnetic Switching by Oxygen Adsorption in Metal-Organic Framework Systems
在这封信中，我们解决磁化开关的氧吸附在多孔金属有机框架系统。为此，我们构造了一个简单的局域自旋模型结合的Langmuir型公式的氧吸附和研究其有限温度下的性质，使用蒙特卡罗模拟。我们成功地解释了这种现象的主要特点，如磁状态的不连续变化，磁转变温度对氧压力的敏感性，以及吸附氧中没有奇异性。基于这个模型，我们还重现了所观察到的磁转变温度的一个典型值的氧吸附能。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Direction-aware topological descriptors for elastic stiffness tensor prediction in porous materials
Dioscuri Center in Topological Data Analysis, Institute of Mathematics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院数学研究所拓扑数据分析迪奥苏里中心）；Institute of Experimental Physics, University of Wrocław（弗罗茨瓦夫大学实验物理研究所）；Faculty of Pure and Applied Mathematics, Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学纯与应用数学学院）；Faculty of Mathematics and Computer Science, Adam Mickiewicz University（亚当·密茨凯维奇大学数学与计算机科学学院）；IMDEA Materials Institute（IMDEA材料研究所）
本文提出方向感知TDA框架，通过嵌入压缩轴到过滤函数中，提升多孔材料方向依赖性预测的准确性，尤其在强各向异性情况下表现更优。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical properties of 2D metal-organic and covalent-organic frameworks with non trivial topological band dispersion
利用密度泛函理论研究了几种二维金属有机骨架（MOFs）和共价有机骨架（COFs）的力学性质。这些多孔材料由于其物理稳定性、独特的结构特征和大的表面积与体积比而成为一个非常吸引人的课题。这些框架固有的多孔性产生了许多迷人的，偶尔令人惊讶的现象，这使得它们成为技术应用的潜在候选者。为了使MOFs/COFs在功能纳米器件中得到可靠的应用和实际应用，研究其力学性能是非常必要的。因此，本文特别注意研究在应力对应变的线性依赖性的情况下具有非平凡拓扑带色散的少数2D MOF和COF的弹性形变。特别地，我们考虑了不同的变形类型，并从应力-应变曲线和能量-应变曲线中找到了弹性张量的所有分量。这些发现可以提供有用的信息，通过减少实验的数量来制造基于MOFs/COFs的器件。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Soft Porous Crystals: Extraordinary Responses to Stimulation
近年来，报道的骨架材料的数量大量增加，包括现在普遍存在的金属有机骨架（MOFs）。这些材料中的许多显示出柔性和刺激响应性，即它们的结构可以响应于物理或化学刺激而经历大幅度的变化。我们在这里描述了一个工具箱的理论方法，在我们的小组和其他人，阐明这些材料的属性。我们专注于他们的行为下的机械约束，温度变化，吸附的客人分子，并暴露于光。通过在不同尺度上的分子模拟，我们现在可以探测、合理化和预测刺激响应材料的行为，从而对软多孔晶体从单胞尺度一直到整个晶体的行为进行连贯的描述。特别是，我们研究了软多孔晶体中的缺陷的影响，并开发了一种方法来研究其无序相（存在相关的无序，MOF玻璃和液体MOF）。
2019-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Tunable Thermal Conductance at Solid/porous Crystalline Solid Interfaces Induced by Water Adsorbents
改善界面热传输对于系统中的散热至关重要。在这里，我们设计了一种策略，利用水的吸附-脱附过程中的多孔金属有机框架（MOFs）的界面传热调整。我们观察到一个可变的导热系数在整个固体/多孔MOFs界面，由于密集的水通道形成的吸附水分子在MOFs。我们的实验结果表明，通过这种策略，Au/Cu 3（BTC）2异质界面的界面热导增加了7.1倍，其中Cu 3（BTC）2是典型的多孔MOF，通常被称为HKUST-1。我们的分子动力学模拟进一步表明，金层的表面张力将导致HKUST-1中的吸附水分子聚集在界面区域。在界面区域形成的致密水通道可以激活高频晶格振动并作为额外的热通道，然后显著增强跨界面的热传递。我们的研究结果提供了一个新的概念，定制在固体/多孔MOFs异质界面的热传输，这将在很大程度上有利于MOFs相关的应用。
2023-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Stability by Design: Atomistic Insights into Hydrolysis-Driven MOF Degradation
本文通过反应分子动力学和元动力学采样研究七种锌基MOFs的水解稳定性，发现ZIFs比IRMOFs更耐水，并将水解能垒与材料物理化学描述符相关联，为碳捕集多孔材料设计提供指导。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Commutative Algebra Modeling in Materials Science -- A Case Study on Metal-Organic Frameworks (MOFs)
Michigan State University（密歇根州立大学）；University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本文首次将交换代数引入材料科学，提出类别特定交换代数（CSCA）框架，通过融合元素分类与多尺度代数不变量来表示MOFs，在气体吸附性质预测上实现与几何和图方法相当或更优的精度，同时显著提升可解释性与稳定性。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci math.AC
Interpretation of micromorphic constitutive relations for porous materials at the microscale via harmonic decomposition
微形态理论成为一个既定的工具，以模拟材料中的尺寸效应，如分散，局部化现象或（显然）尺寸相关的属性。然而，制定适当的本构关系，其大量的本构关系和相应的参数，阻碍了使用的全微观理论，它已经在各向同性线弹性的情况下有18个本构参数。虽然很明显，这些参数与预测的尺寸效应有关，但单个参数的个体意义一直不太清楚。本工作试图阐明本构关系及其参数的解释。为此目的，谐波分解适用于微态理论的控制方程。用均匀化方法对含球形孔隙的简单体积元的简谐模态进行了微尺度解释。所得的边界值问题，在微尺度上的线性弹性的情况下，使用球谐函数导致所有的弹性18个参数的封闭形式的表达式解析解决。这些值被用来预测细长泡沫试样扭转的尺寸效应。的预测进行了比较，从文献中的相应的实验结果。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Singularly isostatic and geometrically unstable rigidity of metal-organic frameworks
Binghamton University（宾汉姆顿大学）；Cornell University（康奈尔大学）
本研究通过刚性矩阵分析揭示了MOFs的机械稳定性问题，发现多数框架接近机械不稳定性，并展示了通过调整约束参数可消除不稳定性模式。
2026-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Optochemically Responsive 2D Nanosheets of a 3D Metal-Organic Framework Material
突出的功能可调性支撑金属有机框架（MOF），为设计下一代化学传感器、光电子、能量收集器和转换器提供了一个多功能平台。我们报告了一个罕见的示例的多孔2D纳米片材料，从一个扩展的3D MOF结构。我们开发了一种快速的超分子自组装方法，在环境条件下，合成容易剥离的MOF纳米片，功能化原位通过采用来宾@MOF（主机）的策略。发光分子（作为功能客体）在MOF孔内的纳米级限制产生了不寻常的光学、电子和化学性质的组合，这是由强的主客体耦合效应引起的。我们展示了由新的Guest@MOF复合系统开辟的非常有前途的基于光子学的化学传感。通过利用官能化的MOF纳米片的主-客体光化学相互作用，我们已经完成了对许多实际应用重要的广泛的挥发性有机化合物（VOC）和小分子的检测。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Combining Brillouin spectroscopy and machine learned interatomic potentials to probe mechanical properties of metal organic frameworks
本研究将布里渊散射技术与基于机器学习力场和色散校正密度泛函理论的模拟相结合，探究了新型金属有机框架材料GUT2的力学性质，克服了单晶尺寸限制，成功确定了其弹性张量分量的近似值。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling Water Stability and Electrical Conductivity of 2D Layered Metal-Organic Frameworks in Aqueous Solutions
通过分子动力学模拟结合周期性电子结构计算，研究了二维层状导电Cu 3（HHTP）2和Cu 3（HTTP）2金属有机骨架的六边形一维孔道中界面水和受限水的结构、化学和动力学性质（HHTP= 2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲，HTTP = 2，3，6，7，10，11-六硫代苯并菲）。比较所研究的2D MOFs的体模型与板模型中的水吸附表明，水通过与有机连接体形成氢键而不是通过配位到配位不饱和的开放Cu 2+位点而优先吸附在骨架壁上。理论预测，在Cu 3（HTTP）2中，范德华相互作用更强，这有助于MOF保持其层状形态，允许非常少的水分子扩散到层间空间中。在这项工作中提出的数据是通用的，并有助于实施新的战略，以保持完整性，以及在水溶液中的多孔材料的导电性。
2020-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Models of Amorphous Metal-Organic Frameworks
人们对金属有机骨架（MOFs）和多孔配位聚合物的非晶态越来越感兴趣，它们可以通过压力诱导的非晶化、温度诱导的非晶化、熔融淬火、球磨、辐照等来制备。它们可以表现出有用的物理和化学性质，不同于在晶态下可实现的那些，以及更容易加工，以及优于晶体和粉末的固有优点，例如高透明度和机械坚固性。然而，这些无定形状态是特别具有挑战性的特征，并在微观尺度上的框架结构的确定是困难的，只有间接的结构信息可从衍射实验。在这个角度来看，我们审查和比较现有的方法可用于确定的微观模型的无定形MOFs，基于实验数据和模拟方法。特别是，我们提出的原子模型，可以使用反向蒙特卡罗（RMC）方法，连续随机网络（CRN），经典和\emph{ab initio}分子动力学，反应力场，和模拟组装/聚合算法。
2022-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and Tailored Properties Towards Designer Covalent Organic Framework Thin Films and Heterostructures
多孔聚合物共价有机框架（COFs）已经在激烈的合成研究中，已知超过100个独特的结构基序。为了实现这些材料的真正潜力，将粉末转化成具有严格控制厚度和形态的薄膜是必要的，并且通过包括界面合成、化学剥离和机械分层的技术来实现。本文重点介绍了薄膜COFs的结构和性能的最新进展，包括其机械性能以及在过滤、电子、传感、电化学、磁学、光电子等领域的应用。此外，这些薄膜与其他无机和有机材料的异质集成进行了讨论，揭示了令人兴奋的机会，集成COF薄膜与其他国家的最先进的材料和器件系统。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Material elasticity determines scaling behaviour of cracking dynamics in porous materials: A precursor to crack percolation
本研究构建三维无序多孔材料模型，探究结合材料弹性对裂纹动力学的影响，发现临界应变与渗流应变呈幂律关系，可通过声信号监测拐点应变实现裂纹渗流预警。
2024-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Metal-Organic Frameworks in Semiconductor Devices: Recent Advancements and a Bright Future
金属-有机骨架（MOFs）是一类特殊的混合结晶、纳米多孔材料，由离散的金属离子或具有有机连接体的簇组成。过去对MOFs基材料的研究主要集中在孔隙率，化学和结构多样性，气体吸附，传感，药物输送，催化和分离应用。然而，最初的努力要么忽视了，要么没有得到太多的关注，以改善MOF材料的导电性。早些时候报道的导电性差的MOFs阻碍了在电子，光电子和可再生能源存储应用中的应用。为了克服这个问题，MOFs社区一直在通过采用几种有趣的策略来提高电导率。我们阐明的电荷传输机制，这主要是两个过程，无论是通过键或通过空间。本文旨在展示当前的情况下，创造性地设计的MOF材料，其次是高品质的分子薄膜的制造进展，和半导体器件的制造刺激响应的电流-电压（I-V）的研究。总的来说，评论解决了基于MOFs的电子学的优点和缺点，其次是我们对改进MOFs组成，机械稳定界面，器件堆叠，进一步相关实验的预测，这些实验对MOFs研究人员在进一步提高器件性能方面具有极大的兴趣。
2022-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Gel-Based Morphological Design of Zirconium Metal-organic Frameworks
金属有机骨架（MOFs）在特定合成条件下凝胶化的能力为制备和成型分级多孔的MOFs整料开辟了新的机会，其可以直接用于催化和吸附应用。在这项工作中，我们提出了仅由几种原型Zr 4+基MOF的纳米颗粒组成的干气凝胶或气凝胶整料的第一个例子：UiO-66-X（X = H，NH 2，NO2，（OH）2），UiO-67，M0 F-801，M0 F-808和NU-1000。在合成过程中观察到高的反应物和水浓度诱导凝胶的形成，其通过在空气或超临界CO2中干燥而转化为整体材料。电子显微镜，与N2物理吸附实验相结合，被用来表明，一个不规则的纳米粒子包装导致纯MOF整料与分级孔系统，具有颗粒内微孔和颗粒间介孔。最后，使用油滴法将UiO-66凝胶成形为直径为600微米的整体球体，为填充床催化或吸附应用创造了有希望的候选者，其中分级孔系统可以大大减轻传质限制。
2016-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Cooperative gas adsorption without a phase transition in metal-organic frameworks
通过多孔框架的气体的合作吸附允许比更常见的非合作（朗缪尔型）吸附更有效的吸收和去除。协同性，信号的阶梯状等温线，通常归因于一个相变的框架。然而，金属-有机框架类mmen-M $_2$（dobpdc）表现出合作吸附CO2，但没有表现出相变的证据。在这里，我们将展示如何协同出现在这些框架中的相变的情况下。我们使用量子力学和统计力学相结合的结果表明，协同性从一个急剧的，但有限的增加，与压力，平均长度的CO2分子的链，在框架内的膨胀。我们的研究提供了微观理解的合作结合的紧急功能，包括位置，斜率和高度的等温线步骤，并指出如何优化这些材料中的气体储存和分离。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Modelling Carbon Capture on Metal-Organic Frameworks with Quantum Computing
尽管最近在化学量子计算算法方面取得了进展，但缺乏专注于材料科学应用的量子计算模拟，特别是对于能源部门，迫切需要下一代吸附材料来应对气候变化。为了推动其发展，将量子计算应用于富马酸铝金属有机框架中CO $_2$的吸附问题。基于密度矩阵嵌入理论的碎片化策略被应用，使用变分量子算法作为碎片求解器，以及主动空间选择以最小化量子比特数。通过研究不同的碎裂策略和求解器，我们提出了一种将量子计算应用于富马酸铝与CO $_2$分子相互作用的方法，证明了将复杂多孔体系作为量子计算具体应用的可行性。我们的工作为使用量子计算技术优化吸附剂以实现更有效的碳捕获和转化应用铺平了道路。
2023-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.chem-ph
Elastic Properties of Titan Tholins Revealed by Brillouin Spectroscopy
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；University of Texas at San Antonio（圣安东尼奥得克萨斯大学）；Southwest Research Institute（西南研究院）
本研究利用布里渊光谱首次直接测定土卫六索林的全套弹性模量，发现其弹性刚度高于H₂O冰，为土卫六地貌演化研究及蜻蜓号任务提供了关键约束。
2026-10-14 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
A Practical Guide for Diagnosing Imaginary Phonon Modes in Metal--Organic Frameworks: The Case of MOF-5
Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）
提出一种有限位移工作流，通过识别和排除数值噪声，可靠诊断MOF-5等金属有机框架中的虚声子模式，并利用模式映射或随机蒙特卡洛对称性破缺畸变定位低能局域极小值。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
In situ micropillar compression of an anisotropic metal-organic framework single crystal
了解金属有机框架（MOF）在其弹性限度之外的复杂力学行为，将允许在化学工程、光电子学、能量转换装置和传感器件中的实际应用的设计。通过原位压缩微柱，测定了铜叶轮MOF（HKUST-1）沿（100）和（111）晶面的单轴应力-应变曲线。我们显示出强烈的各向异性弹性响应，其中杨氏模量之比为E（111）~ 3.6 × E（100），随后是广泛的塑性流动。同样，屈服强度也有相当大的不同，其中Y（111）~ 2 x Y（100），这是由于潜在的骨架各向异性。我们使用微柱劈裂测量断裂韧性。虽然原位试验显示了不同的开裂行为，但两个刻面的综合韧性值相当，Kc约为0.5 MPa m^1/2。这项工作提供了新的见解多孔框架延展性在微米级和故障的债券断裂。
2022-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
