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石墨烯涂层对单晶铜纳米立方体在不同纳米压痕模式下塑性变形的影响
摘要： 通过分子动力学模拟纳米压痕实验，研究了石墨烯涂层在不同压痕条件下对铜（Cu）基体塑性变形的影响。结果表明：在位移控制压痕中，石墨烯涂层能显著增强铜基体的承载能力，且该增强效应随石墨烯层数从单层增至三层而递增；同时压痕速度的提升会导致载荷力增大，引发更剧烈、快速的塑性变形。在载荷控制压痕中，石墨烯涂层可保护铜基体免受外力损伤，相同载荷下其防护能力随层数增至三层而增强。此外，较大载荷力有助于平衡状态下压入深度的增加。本研究为理解石墨烯覆盖层影响下的塑性变形机制提供了新认识。
关键词： 塑性变形、纳米压痕、分子动力学模拟、石墨烯涂层
更新于2025-09-23 15:23:52
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位错核的拓扑结构与极性决定了单层二硫化钼的机械强度
摘要： 与具有常见五七环（5|7）核心位错偶极的均质元素石墨烯不同，异质元素二硫化钼（MoS2）被发现含有多种能调控化学和物理性质的位错核心。然而，这些不可避免的位错核心如何影响MoS2的力学行为却几乎未被探究。本文通过直接原子尺度模拟，研究了拉伸载荷下单一位错嵌入MoS2单层的力学特性。所有孤立位错核心都会引发极性应力集中，其中伯格斯矢量较大的构型虽能量上不利但会呈现局部褶皱行为。研究表明：MoS2的本征抗拉强度由位错核心的拓扑结构与极性决定；位错核心诱导的最大残余应力与单层强度呈强负相关；力学失效始于缺失原子链侧的位错多边形键合处——扶手椅取向的4|8位错仅表现脆性断裂，而锯齿取向位错则出现双模式脆/韧断裂：Mo-S-Mo角取向裂纹呈脆性，S-Mo-S角取向裂纹则表现为韧性。本研究为通过位错工程实现异质二维材料力学设计及实际应用提供了新见解。
关键词： 机械强度、断裂特性、单层二硫化钼、分子动力学模拟、位错核
更新于2025-09-23 15:23:52
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电场诱导下规则纳米结构表面从Cassie-Baxter态到Wenzel态的润湿转变
摘要： 当液滴置于疏水纹理表面时，根据材料与表面结构、液滴类型及尺寸、热涨落和外加刺激等因素，可能呈现不同的润湿状态——卡西-巴克斯特（CB）态或文泽尔（W）态。由于对纹理表面设计与制备具有关键意义，CB态向W态的润湿转变及其逆过程备受关注。本研究采用分子动力学（MD）模拟方法，探究单纳米沟槽修饰表面在施加外电场时，纳米级水膜发生CB-W态转变的微观机制。通过受限MD模拟计算了转变过程中的自由能变化，模拟快照显示的水体侵入沟槽现象为电场诱导的CB-W转变提供了直接证据（此前实验仅通过表观接触角骤降判断转变发生）。自由能曲线揭示：CB与W态之间存在两个能量势垒（CB→W的?E1和W→CB的?E2），其中?E1的存在使得尽管CB态自由能高于W态，仍无法自发转变为W态——只有当外输入能量超过?E1时才会触发CB-W转变，否则转变终止并使水膜回退至CB态。此外发现自由能峰值总出现在液膜触及沟槽底部之后，这解释了能量势垒?E1的产生根源。最后还讨论了两个能量势垒随电场强度、沟槽深宽比及沟槽本征接触角的变化规律。
关键词： 卡西-巴克斯特状态、润湿转变、文泽尔状态、能垒、自由能、分子动力学模拟。
更新于2025-09-23 15:23:52
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光系统II质体醌结合位点的结构/功能/动力学
摘要： 光系统II（PSII）持续吸引着研究者们的关注，他们致力于破解这一对地球上所有生命至关重要的复杂分子色素-蛋白复合体的运作机制与效率之谜。此外，越来越多生物技术应用设想正通过开发利用该复合体的独特性质来实现。PSII的组织结构与工作原理为电化学水分解方案、储能系统中的电荷分离三聚体设计，以及用于环境、农业和工业中有毒化合物筛查的生物芯片与传感器提供了灵感。一个引人注目的机遇是开发传感器设备，利用天然或改造的PSII复合体，或特制合成的模拟PSII反应中心蛋白的多肽作为生物传感元件。本综述简要概述了近期在理解PSII供体侧结构与功能方面的进展，重点关注质体醌辅因子与周围环境的相互作用及其运行特性。此外，还讨论了聚焦于光合蛋白质结构/功能/动力学的研究，以及旨在理性设计高质量生物识别元件的计算分析在生物传感器设备中的应用。
关键词： 质体醌结合位点、分子动力学模拟、质体醌、分子对接、蛋白质动力学、光系统II
更新于2025-09-23 15:22:29
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用高电荷离子穿孔独立式二硫化钼单层膜
摘要： 多孔单层二硫化钼（MoS2）是DNA测序和海水淡化等应用的潜力材料。本研究采用高电荷离子（HCIs）辐照技术，在MoS2中制备出结构明确的孔洞。令人惊讶的是，我们发现孔洞形成效率在较宽的势能范围内呈线性增长。与原子尺度模拟对比揭示：缺陷形成过程中，离子通过电子激发向材料传递能量起关键作用，并表明低势能离子至少会使孔洞边缘附近出现钼元素富集现象。原子级分辨率扫描透射电镜分析显示，孔洞尺寸与入射离子势能明确相关，证实高电荷离子辐照能有效制备孔径分布窄（约0.3-3纳米）、尺寸可控的孔洞。
关键词： 二维材料、穿孔、离子辐照、分子动力学模拟、二硫化钼、高电荷态离子、扫描透射电子显微镜
更新于2025-09-23 15:22:29
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柠檬酸盐<sup>3–</sup>和H<sub>2</sub>柠檬酸盐<sup>–</sup>在裸露与包覆金纳米颗粒上的密度、结构及稳定性
摘要： 我们模拟了柠檬酸根3-（citrate3–）和H2柠檬酸根-（H2citrate–）在金纳米颗粒（AuNPs）上的包覆过程，以理解柠檬酸根阴离子如何覆盖并稳定AuNPs。我们确定了4、6和8 nm AuNP表面柠檬酸根的分子构型随电荷状态和包覆密度的变化规律，发现构型分布和最大包覆密度均与AuNP尺寸无关。通过结合分子动力学模拟与原位傅里叶变换红外光谱（FTIR），对比研究了4 nm柠檬酸包覆金纳米颗粒（cit-AuNPs）与聚阳离子包裹的4 nm cit-AuNPs中柠檬酸根的分子构型、稳定性及密度。FTIR实验表明聚阳离子包裹的cit-AuNPs中存在H2citrate–，且H2citrate–层与聚阳离子层之间存在配位作用，这与模拟结果一致。H2citrate–末端羧酸基团间的分子间氢键稳定了cit-AuNPs与带电吸附分子界面处的阴离子层。当聚阳离子吸附后，AuNPs上H2citrate–的总计算密度从3.3 × 10-10 mol/cm2降至3.0 × 10-10 mol/cm2，这是由于部分与表面结合层形成氢键的悬挂H2citrate–被置换所致。无论是否存在聚阳离子吸附，表面结合层的密度始终稳定在2.8 × 10-10 mol/cm2。我们提供了裸露和包覆cit-AuNPs上柠檬酸根实验性结合模式分布与排列的全原子级认知。这些结果为cit-AuNPs的全原子与粗粒化建模、功能化修饰及其在复杂环境中的转化过程，提供了柠檬酸根密度与表面电荷密度的关键参数。
关键词： 聚阳离子吸附、金纳米粒子、傅里叶变换红外光谱、柠檬酸盐、分子动力学模拟
更新于2025-09-23 15:21:21
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表征生物可降解MnO?纳米支架上的分子吸附
摘要： 近期设计的可生物降解MnO?纳米支架已应用于先进干细胞疗法。这些纳米材料能强力结合细胞外基质蛋白并有效递送治疗分子，显著提升干细胞在体内外环境中的存活率与神经分化能力。本研究通过整合分子动力学模拟、密度泛函理论计算及紫外-可见光谱实验，探究MnO?纳米片对神经源性药物的选择性吸附效率。为揭示药物负载过程的基本原理，我们系统研究了系列具有特征官能团的芳香族与脂肪族模型化合物，证实MnO?纳米片上的分子吸附源于色散力、静电作用与电荷转移作用的协同效应。进而提出基于客体分子结构化学特征的定性质吸附亲和力预测指标，该指标将助力高效分子递送的适配吸附质实验筛选，并推动MnO?基纳米支架在生物医学领域的应用开发。
关键词： 吸附亲和力、分子动力学模拟、密度泛函理论、二氧化锰纳米支架、神经源性药物、紫外 - 可见光谱法
更新于2025-09-23 15:21:21
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含1-3纳米电活性石墨烯量子点的氟化石墨烯纳米颗粒
摘要： 报道了一种制备新型局部纳米结构石墨烯基材料的新视角方法。我们研究了通过高能氙离子纳米化处理部分氟化石墨烯（FG）悬浮液所得薄膜的电学与结构特性。研究表明，离子径迹中的局部冲击加热是引发材料变化的主要驱动力。离子辐照导致局部热膨胀的FG形成，并进一步碎裂为嵌入小尺寸（约1.5-3纳米）石墨烯量子点（带隙估算为1-1.5电子伏特）的纳米级颗粒。该方法进一步应用于校正印刷型FG基交叉杆忆阻器的功能特性。具有微小量子点的介电FG薄膜因其稳定性和优异性能，在石墨烯基电子器件领域展现出应用前景。
关键词： 忆阻器、分子动力学模拟、纳米结构化、快速离子辐照、氟化石墨烯、石墨烯量子点
更新于2025-09-23 15:21:01
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嵌段共聚物层状薄膜的激光尖峰退火分子模拟
摘要： 我们采用分子动力学模拟方法，研究了不同加热周期长度、薄膜厚度及基底-聚合物亲和力条件下，粗粒化层状A-b-B二嵌段共聚物在薄膜软限制环境中的相行为。该模型描述了具有自由表面（空气-聚合物界面）和固体基底的薄膜形貌影响。通过验证发现：当在中性基底上形成垂直层状相时，模拟结果与激光尖峰退火实验中观察到的退火条件对有序-无序转变温度的影响变化一致，从而首次验证了模拟的可靠性。此外，针对特定嵌段选择性基底的模拟揭示了其他相态的形成，包括混合垂直-水平层状相以及具有水平但不完整层状结构的亚稳态岛状相。通过合理选择化学组分和退火条件，可以调控该岛状相的纳米级粗糙特征及其表面润湿性。
关键词： 薄膜、纳米级粗糙度、有序-无序转变、相行为、激光尖峰退火、分子动力学模拟、嵌段共聚物
更新于2025-09-23 15:21:01
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低能辐照下硅中氩团簇的形成：基于不同氩-硅势函数的分子动力学模拟
摘要： 本文中，作者对低能（200 eV）氩离子正入射轰击晶体和非晶硅的溅射过程进行了分子动力学模拟。为研究氩原子积累与团簇化的动力学机制，他们考虑了离子轰击导致的硅材料渐进损伤效应。在描述Ar-Si原子间相互作用时，研究采用了三种不同势函数：两种二元屏蔽库仑势（Molière势和Ziegler-Biersack-Littmark势）以及基于密度泛函理论构建的势函数。结果表明，所选Ar-Si势函数对计算溅射产额及氩原子积累/团簇化过程具有显著影响。
关键词： 硅溅射、分子动力学模拟、氩-硅势能、氩团簇、低能辐照
更新于2025-09-23 15:21:01