나노물질
산업 제조
물-기름-암석 시스템의 오일 습윤성은 물 범람에서 이온 및 기타 화학 작용제의 흡착에 의해 유도된 암석 표면의 표면 전하 진화에 매우 민감합니다. 대규모 분자 역학 시뮬레이션을 통해 이상적인 물-데칸-이산화규소 시스템에서 오일 접촉각에 대한 표면 전하의 영향을 밝힙니다. 결과는 오일 나노 액적의 접촉각이 표면 전하에 크게 의존함을 보여줍니다. 표면 전하 밀도가 임계값인 0.992e/nm 2 를 초과할 때 , 접촉각이 최대 78.8°에 도달하고 물에 젖은 상태가 매우 분명합니다. 접촉각의 변화는 오일 분자의 수 밀도 분포에서 확인할 수 있습니다. 표면 전하 밀도가 증가함에 따라 오일 분자의 흡착이 약해지고 나노 액적과 이산화규소 표면 사이의 접촉 면적이 감소합니다. 또한, 수밀도 분포, RDF 분포 및 분자 배향은 오일 분자가 표면과 평행한 배향으로 이산화규소 표면에 층별로 흡착됨을 나타냅니다. 그러나 이산화규소 표면 근처에 있는 오일 분자의 층 구조는 표면 전하 밀도가 높을수록 점점 더 모호해집니다.
<섹션 데이터-제목="배경">EOR(Enhanced Oil Recovery)은 석유 저장고에서 원유를 추출하는 데 어려움이 커짐에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다[1, 2]. 다양한 EOR 기술 중에서 물 범람은 비용이 저렴하고 효율성이 높기 때문에 지배적인 접근 방식입니다. 물 범람은 다공성 저장소의 점성 운지법 또는 미세 유체 채널의 주입된 물에 의해 원유가 대체되는 2상 흐름 과정을 포함하는 다중 규모 과정입니다. 그 결과, 물 범람은 공극 규모에서 저수지 규모에 이르기까지 다양한 요인에 의해 제어됩니다. 오일 저장소의 큰 표면 대 부피 비율과 오일 치환 과정의 낮은 모세관 수로 인해 다공성 암석 표면의 오일과 물의 습윤성은 오일의 오일-물 2상 흐름에 큰 영향을 미칩니다. 저수지. 따라서 암석 표면의 습윤성은 오일 회수 효율에 매우 중요합니다[3,4,5].
일반적으로 물에 젖은 암석 표면은 오일 변위에 유리합니다. 그러나 암석 표면은 초기에 중요한 기름 및 기타 물질로부터 극성 분자를 흡착하기 위해 기름에 젖은 것처럼 보입니다. 따라서 기름에 젖은 상태에서 물에 젖은 상태로 암석 표면의 젖음성 변화는 EOR 기술에 매우 중요합니다. 물 범람에서 사람들은 일반적으로 습윤성 변경을 실현하기 위해 주입된 물에 일부 화학 물질(예:계면 활성제, 폴리머, 이온, 나노 입자)을 인위적으로 추가합니다[6,7,8,9,10,11]. 예를 들어 주입된 물에 용해된 계면활성제는 저수지 암석의 습윤성을 더 물에 젖은 상태로 변경할 수 있습니다. 일반적으로 암석 표면에 흡착된 원유 성분과의 상호작용을 통한 이온쌍 형성과 계면활성제 분자의 흡착이 계면활성제에 의한 습윤성 변화를 일으키는 두 가지 주요 메커니즘으로 받아들여지고 있습니다[12]. 저염도 범람의 경우, 염도 감소 시 이중층 팽창과 다성분 이온 교환은 사암 저장소의 습윤성 변경에 대한 두 가지 특정 경쟁 메커니즘입니다[13, 14]. 나노입자 기반 물 범람의 경우 3상 접촉선 영역에서 나노입자의 자가층화 및 저차원 구조화는 구조적 분리 압력을 오일 상에 가하고 최종적으로는 오일 젖은 암석 표면이 물로 변하는 것을 촉진합니다. -젖은 상태 [15,16,17,18].
다양한 물 범람 기술에 관계없이 습윤성 변경의 필수 메커니즘은 주입된 화학 물질에 의해 유도된 물-기름-암석 간의 3상 상호 작용의 변화입니다. 물-기름-바위 상호작용의 경우, 화학적 작용제가 암석 표면에 흡착되어 결과적으로 표면 전하를 변경할 수 있기 때문에 정전기 상호작용은 습윤성 변경에 중대한 역할을 합니다. 예를 들어, 2가 양이온은 산성 오일 성분과 음전하를 띤 암석 표면의 결합을 촉진하여 암석 표면의 전위를 음에서 양으로 변경할 수 있습니다[19,20,21,22]. 한편, 물 자체의 화학적 성질은 암석 표면의 전하에 영향을 미칠 수 있습니다[23]. 따라서 표면 전하는 확실히 암석 표면의 젖음성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. Puah et al. [24]는 표면 전하는 정적 습윤성과 고체 표면의 습윤 동역학 모두에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 그들은 또한 정적 접촉각이 Lippman과 같은 방식으로 표면 전하가 0인 지점 위와 아래에서 감소하는 반면 동적 접촉각 데이터는 분자 운동 이론으로 잘 설명될 수 있음을 확인했습니다.
3상 젖음성은 물-기름-바위 사이의 분자 상호작용과 직접적으로 관련되어 있기 때문에 표면 전하가 암석 표면의 젖음성에 미치는 영향을 밝히기 위해서는 분자 통찰력 연구가 매우 필요합니다[25, 26]. 본 논문에서는 규산염 암석 표면을 모델링하기 위해 이산화규소 표면을 구축하고 분자 역학(MD) 시뮬레이션 방법을 사용하여 표면 전하를 고려한 3상 젖음성을 연구합니다. 표면 전하의 영향과 그 기저 메커니즘은 분자 수 밀도 분포, 암석 표면의 분자 구조 등의 측면에서 드러날 것으로 예상됩니다.
우리는 오일이 데칸으로 모델링되고 암석이 이산화규소로 모델링되는 모델 시스템에서 3상 젖음성을 연구합니다. 특히, 이산화규소 표면은 사암 저장소를 잘 나타낼 수 있습니다[11, 27, 28]. 오일 접촉각을 계산하기 위해 오일은 원통형 방울로 물에 둘러싸여 있습니다(그림 1 참조). 원통형 오일 방울의 경우 접촉각 계산에 대한 선 장력의 영향을 제거할 수 있습니다. 이산화규소 기판을 만들기 위해 α-석영의 삼각 단위 셀 세트가 [100], [010] 및 [001] 방향으로 각각 조립됩니다. 그런 다음 α-석영 결정은 능면체에서 15 × 15 × 1 nm 3 크기의 정육면체로 변환됩니다. . 사실적인 표면 구조를 얻으려면 많은 주의를 기울여야 합니다. Puibasset 등의 절차와 동일합니다. [29], 결정은 먼저 (111) 결정면을 따라 절단되고 불완전한 사면체의 실리콘 원자가 제거됩니다. 그런 다음, 하나의 규소 원자에만 결합된 가교되지 않은 산소 원자는 수소 원자로 포화됩니다. 즉, 이산화규소 기판의 상부면과 하부면은 모두 수소 원자로 포화되어 있다. 따라서 우리는 이산화규소 표면의 상단 수소 원자에 부분 전하를 추가하여 표면 전하를 변경하기만 하고, 하단 수소 원자에 역값을 갖는 등가 부분 전하를 추가하여 전체 시스템을 중화 상태로 유지합니다. 데칸과 물 분자의 구조도 그림 1에 나와 있습니다.
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시뮬레이션 시스템의 개략도. 이산화규소 기판 상단의 물로 둘러싸인 오일 큐브가 있는 시뮬레이션 시스템의 측면도(왼쪽)와 데칸과 물 분자의 원자 뷰(오른쪽)
그림 1과 같이 물과 기름은 초기에 이산화규소 기판의 상부에 배열되어 있고 기름 입방체는 크기가 다른 세 개의 물 입방체로 둘러싸여 있습니다. 오일 큐브의 치수는 5 × 15 × 5 nm 3 입니다. 및 기판의 중앙 부분에 위치합니다. 왼쪽 및 오른쪽 큐브의 치수는 오일 큐브의 치수와 동일하지만 상단 큐브의 치수는 15 × 15 × 5 nm 3 입니다. . 물과 데칸 분자의 수는 입방체의 크기와 300K와 1bar의 조건에서 물과 기름의 밀도에 의해 결정됩니다. 물과 기름의 밀도는 1.000 및 0.725g/cm 3 입니다. , 각각; 따라서 물과 데칸 분자의 수는 각각 58,319 및 1150입니다. 분자 배열은 Material Studio 소프트웨어에서 구현됩니다. 원래는 특수 상자에 무작위로 배포됩니다. 그런 다음 분자 기하학을 최적화하기 위해 에너지 최소화 계산이 수행됩니다. 시뮬레이션이 평형 상태에 도달함에 따라 오일 상자는 원통형 방울로 진화하고 세 개의 물 상자는 함께 합쳐져 오일 방울을 둘러싼 연속적인 위상을 형성할 수 있습니다.
당사의 MD 시뮬레이션은 LAMMPS(대규모 원자/분자 대량 병렬 시뮬레이터) 플랫폼을 사용하여 수행됩니다. 시뮬레이션은 온도가 300K인 NVT 앙상블에서 수행됩니다. 시뮬레이션은 1fs의 시간 단계로 5백만 개의 시간 단계에 대해 완전히 실행됩니다. 원자 좌표는 10,000 타임스텝마다 기록되어 오일 방울의 진화를 관찰하고 최종적으로 접촉각을 계산합니다. 시스템은 그림 2와 같이 약 200만 시간 단계에서 평형 상태에 도달할 수 있습니다. 따라서 최종 100만 시간 단계 동안의 원자 좌표는 분자 수 밀도 분포의 평균을 위해 채택됩니다. 주기적인 경계 조건은 x에 적용됩니다. - 그리고 y -방향, 반사 경계 조건이 z에 적용되는 동안 -방향. 시뮬레이션 동안 벌크 SiO2의 원자 고정되어 있지만 표면 O 및 H 원자는 Nose-Hoover 온도 조절 장치의 제어 하에 유연합니다.
<그림>
원통형 기름방울의 접촉각 계산 절차
물-데칸-이산화규소 사이의 원자 상호작용은 모두 12-6 Lennard-Jones 전위에 의해 모델링되며 다음과 같이 Van der Waal 및 Coulombic force[30,31,32]를 모두 고려하는 극성 항과 결합됩니다.
$$ \phi \left({r}_{ij}\right)=\left\{\begin{array}{ll}4\varepsilon \left[{\left(\frac{\sigma }{r_{ij }}\right)}^{12}-{\left(\frac{\sigma }{r_{ij}}\right)}^6\right]+\frac{Cq_i{q}_j}{\chi { r}_{ij}}&\left({r}_{ij}<{r}_{\mathrm{cut}}\right)\\ {}0&\left({r}_{ij}\ge {r}_{\mathrm{잘라내기}}\right)\end{array}\right. $$ (1)여기서 ε 에너지 매개변수, σ 길이 매개변수, q 나 및 q j 원자 i의 전하입니다. 그리고 j , C 는 정전기 상수이고 χ 유전 상수입니다. R 잘라내기 Van der Waal 및 단거리 정전기력에 대한 차단 거리입니다. 차단 거리는 10Å으로 설정됩니다. 시뮬레이션에서는 입자-입자 입자-메쉬 방법을 사용하여 장거리 정전기력을 고려합니다. Eq.에서 잠재적인 매개변수를 얻으려면 (1) TIP3P 모델은 H2에 채택됩니다. O 분자[33]; 데칸 분자의 경우 OPLS-AA 힘장이 채택됩니다[34]. 이산화규소 기판의 경우 CVFF 힘장이 채택됩니다[35]. 시뮬레이션 시스템에 사용된 비결합 전위 매개변수는 표 1에 나열되어 있습니다. Lorentz-Berthelot 규칙은 교차 원자 사이의 전위 매개변수를 얻는 데 사용됩니다. 단일 분자에 있는 네 개의 원자 사이의 결합 상호 작용 및 2면체 상호 작용도 적절하게 고려됩니다. 결합 상호작용의 경우 조화 모델이 적용되고 2면체 상호작용의 경우 OPLS 전위 모델이 적용됩니다[36].
이산화규소 표면의 습윤성은 오일 접촉각을 특징으로 하며, 이는 나노 액적 내 오일 분자의 밀도 분포를 기반으로 합니다. 시뮬레이션의 초기 단계에서 오일 방울은 큐브에서 반 실린더로 진화하고 평형 상태에 도달합니다. 이 평형화 과정은 일반적으로 2백만 타임스텝이 소요되며, 이는 오일 방울의 질량 중심의 시간 변화에서 확인할 수 있습니다. 평형 상태에서 질량 중심의 좌표는 z에서 일정하게 유지됩니다. -방향. 오일 분자의 밀도 분포는 평형 오일-물 구성에 대해 평균화되어야 하기 때문에 두 배로 확신하기 위해 밀도 분포를 얻기 위해 마지막 백만 시간 단계에서 원자 좌표만 수집합니다. 분자 수 밀도를 평균화하기 위해 오일/물 영역은 2 × 2 × 2 Å 3 크기의 많은 일반 입방체 셀로 나뉩니다. . 각 셀에 나타난 원자의 수를 적시에 평균하여 x의 3D 윤곽과 2D 윤곽을 나타냅니다. -z 오일 나노 방울의 밀도 분포 평면을 얻을 수 있습니다. x의 2D 윤곽선이 -z 평면은 y의 3D 윤곽을 더 평균화하여 얻습니다. -방향. 2D 윤곽을 사용하면 다음 규칙에 따라 기름-물 인터페이스가 식별됩니다. 계면에서 계면 셀의 오일 원자 수 밀도는 오일 방울의 벌크상 셀 밀도의 절반입니다(ρ b ). 인터페이스 두께를 고려하여 셀의 밀도가 0.2ρ 범위에 있는 경우 이러한 셀의 위치를 인터페이스로 정의합니다. b ~ 0.8ρ b . 위의 방법을 사용하여 인터페이스의 개별 지점을 식별할 수 있습니다. 마지막으로 이러한 개별 지점을 원으로 피팅하여 인터페이스 프로파일을 얻고 오일 방울의 접촉각을 계산합니다. 피팅에서 중심 위치(x 0 , z 0 ) 및 반경 r 의 원은 반드시 얻어집니다. 접촉각 θ θ로 계산할 수 있습니다. =arccos(d /r ), 여기서 d z에서 원 중심과 암석 표면의 기준선 사이의 거리입니다. -방향(d =z b − z 0 , z b z는 -기준선의 위치, z b =12.16 Å). 거리가 음수이면 원의 중심은 암면의 상단에 있고 접촉각은 확실히 90°를 초과합니다. 접촉각의 전체 계산 절차는 그림 2에 명시되어 있습니다. 이러한 방식으로 접촉각을 얻으려면 직교 좌표계에서 원통형 오일 방울을 분석하는 것으로 충분합니다.
이산화규소 기판에 있는 물방울의 접촉각에 대한 효과적인 데이터가 없기 때문에 우리는 이산화규소 기판에 있는 구형 물방울의 접촉각을 비교하여 시뮬레이션 모델을 검증합니다. 우리는 4179개의 분자를 가진 물 나노 액적의 접촉각을 얻기 위해 개별 시뮬레이션을 수행합니다. 검증 시뮬레이션에서 이산화규소 기판 표면의 하이드록실 그룹은 다른 대표적인 작업과 마찬가지로 고정되어 있습니다. 측정된 접촉각은 7.8°로 Pafong et al.의 작업과 잘 일치합니다. [37]. 그들은 7.0°의 물 접촉각을 보고했으며 이는 10.3%의 상대 편차를 나타냅니다. 이 좋은 일치는 우리의 시뮬레이션 모델과 방법이 신뢰할 수 있음을 나타냅니다.
원통형 기름 방울의 접촉각을 계산하여 그림 3과 같이 표면 전하 밀도에 따른 접촉각의 변화를 얻을 수 있습니다. 이 그림에서 접촉각이 표면 전하에 크게 의존함을 분명히 알 수 있습니다. 밀도; 음으로 대전된 표면에서 양으로 대전된 표면으로 오일 방울의 접촉각이 크게 증가합니다. 이것은 표면 전하가 음의 값에서 양의 값으로 증가함에 따라 암석 표면이 기름에 젖은 상태에서 물에 젖은 상태로 변한다는 것을 의미합니다. x의 평균 밀도 등고선 -z 표면 습윤성의 변화를 직관적으로 이해할 수 있도록 다양한 표면 전하 밀도의 평면도 이 그림에 삽입되었습니다.
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표면 전하 밀도에 따른 접촉각의 변화. 표면 전하 밀도가 다른 오일 방울의 윤곽 이미지도 삽입됩니다.
또한 그림 3에서 표면 전하 밀도가 0.992e/nm 2 까지 증가함에 따라 암석 표면이 매우 분명한 물에 젖은 상태임을 알 수 있습니다. . 이 임계값 아래에서는 표면 전하 밀도에 따른 접촉각의 변화가 명확하지 않습니다. 이 임계값을 넘어서면 접촉각이 최대 78.8°에 도달하고 물에 젖은 상태가 매우 분명합니다. 표면 전하에 따른 접촉각의 변화는 물-이산화규소 및 오일-이산화규소의 장력 변화에 의해 발생하는 것으로 생각되는데, 그 이유는 표면 전하가 물-이산화규소 간의 상호작용 및 오일-실리 이산화물. 이 이상적인 시스템에 기반한 시뮬레이션 결과는 유수암 시스템에서 염도 의존적 습윤성을 밝히기 위한 실험 연구와 직접 교차 비교할 수 없다는 점에 특히 유의해야 합니다. 실험 연구에서 수상의 양이온은 암석 표면의 전위를 음에서 양으로 수정하는 효과가 있을 수 있지만 이것이 유일한 효과는 아닙니다. 양이온의 다른 잠재적 효과에는 다중 이온 교환 및 이중층 확장 등이 포함될 수 있습니다. [21, 38,39,40]. 따라서 표면전하를 변화시키고 물의 양이온 농도를 변화시키는 경우에는 완전히 다릅니다. 따라서, 표면 전하 밀도 및 양이온 농도에 따른 접촉각의 변화 경향이 다를 수 있다. 이 시뮬레이션 연구에서 우리는 매우 이상적인 유수암 시스템의 3상 습윤성에 대한 이산화규소 표면의 부분 전하 효과에 대해서만 논의합니다. 이러한 결과는 저염도 물 범람의 메커니즘을 직접적으로 밝히고 향상된 오일 회수에 대한 적용을 안내할 수는 없지만 표면 전하가 3상 습윤성에 미치는 영향에 대한 기본적인 이해를 제공할 수 있습니다. 이 연구는 물-데칸-이산화규소 시스템에서 3상 습윤성에 대한 표면 전하의 중대한 역할을 보여주기 때문에 여전히 의미가 있습니다.
전하 밀도 의존적 접촉각의 메커니즘을 밝히기 위해 우리는 높이 방향(z -방향). 그림 4a는 높이 방향을 따라 너비가 0.2nm인 각 층의 오일 분자 평균 밀도를 보여줍니다. 이 그림에서 볼 수 있듯이 원통형 액적의 바닥(즉, 기질 표면 근처)에서 오일 밀도가 높고 변동 분포를 나타냅니다. 이 현상은 오일 분자가 층상 구조로 기판 표면에 흡착됨을 의미합니다. 원통형 액적의 상단에서 평균 밀도는 0에 가까운 값으로 떨어집니다. 액적의 호 모양 상단은 층이 상단에 접근함에 따라 평행층의 오일 분자 수가 점점 줄어들기 때문입니다. 물방울. 한편, 표면 전하가 음의 값에서 양의 값으로 바뀌면 흡착층의 수 밀도가 점차적으로 감소한다는 것을 알 수 있습니다. 이는 표면 전하가 증가함에 따라 오일 분자의 흡착 강도가 약해짐을 나타냅니다. 오일 분자의 흡착이 약해지면 기판 표면과 오일 방울 사이의 접촉 면적이 작아지고 따라서 오일 방울의 접촉각이 커집니다. 오일 방울의 접촉각 증가는 표면 전하에 따른 오일 방울 높이의 변화에서도 반영될 수 있습니다. 그림 4a에서 볼 수 있듯이 표면 전하가 증가함에 따라 기름 방울의 높이가 증가합니다. 이것은 더 높은 표면 전하에서 오일 방울이 더 얇아지고 접촉각이 더 크다는 것을 의미합니다. 물-데칸-이산화규소 시스템의 시스템 에너지에서 양의 표면 전하에서 오일 분자의 흡착이 약해지는 것을 확인할 수 있습니다. 그림 4b와 같이 시간 평균 시스템 에너지는 표면 전하가 증가함에 따라 증가합니다. 양의 시스템 에너지가 높을수록 오일 분자와 이산화규소 사이의 인력이 약해집니다. 삽입된 그림은 중성 이산화규소 표면에 대한 시스템 에너지의 시간 변화를 보여줍니다.
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아 z를 따른 오일 분자의 밀도 분포 -방향; ㄴ 다양한 표면 전하 밀도에서의 시간 평균 시스템 에너지
표면 전하에 따른 접촉각의 변화는 x를 따라 분자 수 밀도 분포에서 반영될 수도 있습니다. -방향. 그림 5와 같이 x를 따라 숫자 밀도 분포는 - x 방향 -이 z 높이가 1.9nm인 평면 -direction은 중앙 부분에 플랫폼을 제공합니다. 플랫폼의 너비는 x에서 액적의 단면적과 관련이 있습니다. -이 플랫폼의 높이는 액적의 분자 수 밀도와 관련이 있습니다. 플랫폼의 너비와 높이는 서로 다른 표면 전하에서 뚜렷하게 달라지며, 이는 원통형 액적의 다양한 모양과 물론 서로 다른 접촉각에 해당합니다. 접촉각이 낮을수록 플랫폼이 더 넓어집니다. 접촉각이 높을수록 플랫폼이 더 좁아집니다. 표면 전하 밀도 7.936 e/nm 2 에 대한 플랫폼의 높이는 이산화규소 표면 근처에서 밀도 분포가 크게 변동하고(그림 4a 참조) 경우에 따라 1.9nm 높이의 분자 밀도가 밀도 분포의 가장 낮은 부분에 위치하기 때문에 특히 낮습니다.
<그림>
x를 따른 오일 분자의 밀도 분포 - x 방향 -이 z 높이가 1.9nm인 평면 -방향
우리는 또한 그림 6과 같이 원통형 액적 내부에 있는 원자의 음전하 밀도 분포를 얻습니다. 기본적으로 음전하는 매우 불균일한 분포를 나타냅니다. 이산화규소 표면에 인접한 영역에서는 음전하 밀도가 매우 높으며 이산화규소 표면에서 멀리 떨어진 영역에서는 음전하가 균일하게 분포합니다. 한편, 이산화규소 표면에 인접한 고밀도 영역에서는 음전하가 층별로 분포합니다. 음전하의 층 분포는 이산화규소 표면 근처의 기름 분자의 층 구조와 직접적으로 관련이 있습니다. 음전하는 기름 분자의 탄소 원자와 직접 연관되기 때문입니다. 또한 음전하의 밀도 분포는 표면 전하 밀도에 따라 약간의 다양성이 있음을 알 수 있습니다. 표면 전하 밀도가 증가함에 따라 음전하의 계층 분포가 점점 더 모호해집니다. 이것은 이산화규소 표면과 나노 액적의 감소된 접촉 면적과 관련이 있습니다. 높은 표면 전하 밀도에서 접촉 면적이 감소하고 약화된 용매화 상호작용으로 인해 오일 분자의 층 구조가 불투명해집니다.
<사진>
x의 원통형 오일 방울 내부의 음전하 밀도 분포 -z 비행기. 아 − 1.984 e/nm 2 . ㄴ − 0.992 e/nm 2 . ㄷ − 0.1984 e/nm 2 . d 0.0 e/nm 2 . 이 0.1984 e/nm 2 . 에 0.992 e/nm 2 . 지 1.984 e/nm 2 . 아 3.968 e/nm 2 . 나 5.952 e/nm 2 . j 7.936 e/nm 2
물-데칸-이산화규소 시스템의 분자 구조는 또한 3상 젖음성을 이해하는 데 매우 중요합니다. 우리는 방사형 분포 함수(RDF, g (r ) [41]) 및 분자 배향. 그림 7은 기름과 물 분자의 RDF 분포와 중성 이산화규소 표면에서 기름 분자의 방향을 보여줍니다. O–O 및 C–C 원자 쌍의 RDF 분포는 완전히 다릅니다(그림 7a 참조). 즉, C–C 원자의 RDF 분포는 O–O 원자의 RDF 분포보다 더 많은 파동을 가지며 파동의 피크 값 CC 원자가 더 높습니다. RDF 기능의 물리적 의미와 결합하여 오일 분자는 여러 층으로 된 이산화규소 표면에 강하게 흡착되는 반면 물 분자는 약하게 흡착되어 하나의 흡착 층만 나타난다는 결론을 쉽게 내릴 수 있습니다. 흡착 현상은 중성 이산화규소 표면에서 오일과 물 분자의 평형 스냅샷이 표시되는 그림 7a의 삽입된 맵에서도 볼 수 있습니다. 오일 분자의 명백한 흡착층은 그림 4a의 수 밀도 분포에서 확인할 수 있습니다. 일반적으로 고체 표면의 액체 분자의 층 구조는 액체-고체 상호 작용과 관련이 있습니다. 강한 액체-고체 상호작용의 경우, 고체 표면 근처의 액체 분자는 표면에 수직인 방향을 따라 층별로 분포하는 반면 약한 액체-고체 상호 작용의 경우 액체 분자의 층 구조가 매우 명확하지 않습니다[42 ]. 이 연구에서 물과 이산화규소 사이의 상호작용은 기름과 이산화규소 사이의 상호작용에 비해 상대적으로 약합니다. 따라서 고체 표면 근처에 있는 기름 분자의 계층 구조는 물 분자의 계층 구조보다 더 명확합니다.
<그림>
중성 이산화규소 표면의 분자 구조. 아 기름과 물 분자의 RDF 분포. ㄴ z의 다른 높이에 위치한 오일 분자의 방향 -방향
이산화규소 표면에서 장쇄 오일 분자의 방향을 더 반영하기 위해 z에서 서로 다른 높이에 위치한 분자에 대해 오일 분자와 이산화규소 표면 사이의 각도를 얻습니다. -방향, 그림 7b와 같이. 각도 θ 는 이산화규소 표면의 기준선과 오일 분자의 중심선 사이의 교차각으로 정의되며, 여기서 중심선은 C1과 C6 사이의 연결선과 C1과 C10 사이의 연결선의 평균선으로 정의됩니다. . 오일 분자에 있는 탄소 원자의 시퀀스 번호는 이산화규소 표면에 더 인접한 분자의 한쪽 끝 쪽에서 시작됩니다. 각도 θ의 정의 그림 7b에도 삽입되어 있습니다. 이 그림에서 알 수 있듯이 대부분의 오일 분자에 대한 각도는 매우 작으며 특히 이산화규소 표면 근처의 오일 분자에 대한 각도는 매우 작습니다. 이것은 오일 분자가 표면과 평행한 방향으로 이산화규소 표면에 흡착됨을 의미합니다. 이러한 현상은 그림 7a에 삽입된 지도에서도 확인할 수 있다.
MD 시뮬레이션을 사용하여 물-데칸-이산화규소 시스템에서 오일 접촉각에 대한 표면 전하 밀도의 영향을 연구합니다. 결과는 표면 전하가 음수 값에서 양수 값으로 증가함에 따라 오일 나노 방울의 접촉각이 크게 증가함을 보여줍니다. 표면 전하 밀도가 임계값인 0.992e/nm 2 를 초과할 때 , 접촉각이 최대 78.8°에 도달하고 물에 젖은 상태가 매우 분명합니다. 접촉각의 변화는 x에 따른 오일 분자의 밀도 분포에서 확인할 수 있습니다. - 및 z -지도. 흡착층에서 오일 분자의 수 밀도 감소와 오일 방울의 높이 증가는 모두 더 높은 표면 전하 밀도에서 오일 방울의 더 큰 접촉각을 의미합니다. 이산화규소 표면 근처의 오일 분자의 층상 구조로 인해 오일 방울 내부의 이산화규소 표면에 인접한 음전하도 층별로 분포합니다. 표면 전하 밀도가 증가함에 따라 약화된 오일-이산화규소 상호작용으로 인해 음전하(오일 분자)의 계층 분포가 점점 더 모호해집니다. 기름과 물 분자의 RDF 분포와 분자 배향 분포는 또한 기름 분자가 표면과 평행한 배향으로 이산화규소 표면에 층별로 흡착된다는 것을 보여줍니다. 이러한 결과는 수상에서 이온 및 기타 화학 작용제에 의해 유도된 습윤성 변화의 이해, 특히 물-데칸-이산화규소 시스템에서 3상 습윤성에 대한 표면 전하의 심오한 역할을 이해하는 데 중요한 의미를 갖습니다.
일관된 원자가력장
향상된 오일 회수
대규모 원자/분자 대량 병렬 시뮬레이터
분자 역학
Optimized potentials for liquid simulations all-atom force field
Radial distribution function
나노물질
사물 인터넷은 센서 연결, 소프트웨어 설치 및 기타 관련 기술을 통해 물리적 개체 또는 자산의 네트워크를 설명하는 개념입니다. IoT 제안의 기본 아이디어는 강력한 자산 연결을 구축하고 인터넷을 통해 다른 장치와 데이터 교환을 제공하는 것입니다. 이는 다양한 IoT 환경에서 사용되는 물리적 연결과 특정 프로토콜을 모두 포함하는 통신 계층으로 구성되어 산업 자동화 시스템을 설치하기 위한 강력한 기반을 구축하는 데 도움이 됩니다. IoT 장치에는 일반적으로 센서와 게이트웨이가 내장되어 있으며, 여기에는 고객의 정확한 위치 모니터링을
산업용 유체 시스템 안전 체크리스트 Mike Frost, 현장 엔지니어링 지역 관리자(아시아 태평양) 산업용 유체 시스템은 다양한 산업 분야의 플랜트 전체에 걸쳐 고압, 고온 액체 및 가스를 운반하는 역할을 합니다. 이러한 시스템의 성능을 최적화하는 것은 최종 제품의 품질과 공장 작업자 및 기술자의 안전을 위해 매우 중요합니다. 석유 및 가스 안전(예:굴착 장치가 원격지 또는 연안 위치에 있는 경우가 많음)은 다음과 같은 유체 시스템에 따라 달라집니다. 안전하게 운영하고 있습니다. 이러한 시스템은 다양한 잠재적 위험 영