界面分子動力學模擬及二次諧波研究.pdf

1、作為研究界面的一種有效手段，二次諧波檢測技術近年來引起了廣泛的關注和研究。早在二十世紀六十年代，二次諧波效應首先在方解石探測實驗中被發(fā)現(xiàn)。隨著實驗的深入研究，非線性光學的基本理論由布魯姆伯格等人建立了起來。到了八十年代，界面光學效應的微觀機理得到了進一步研究。后來界面二次諧波效應被用作界面單分子層的形成、界面分子吸附和排布的探測手段，利用這一手段，許多不同介質(zhì)的界面上的物理化學反應得到了探測，例如電子轉(zhuǎn)移、靜電場性質(zhì)以及染料分子吸附到脂

2、質(zhì)分子的動力學性質(zhì)等等，界面吸附分子在時域和頻域的振動性質(zhì)也可以通過二次諧波得到研究。2000年以后，許多非線性晶體被引入到不同界面機制的研究中來，例如固固界面、液液界面以及氣液界面，許多材料比如金屬、半導體和非導體等都用來產(chǎn)生二次諧波。除了檢測靈敏簡便之外，二次諧波還具有界面選擇性。在電偶極近似中，二次諧波在各向同性的介質(zhì)中是禁阻的，然而在體相介質(zhì)的表面，或者兩種介質(zhì)的交界面上，由于反轉(zhuǎn)對稱性被打破，因此可以產(chǎn)生二次諧波。界面的二次諧

3、波研究可以提供許多界面分子的信息，比如分子二階極化率，分子排布、對稱以及取向等。
　　隨著計算機技術的廣泛應用，分子模擬等一系列理論計算方法被廣泛應用于物理、化學、生物學和材料科學等領域的研究，并且取得了許多顯著的成果。按照時間和長度尺度兩個參量，可以將分子模擬分為分子力學(Molecular Mechanics)、蒙特卡洛(Monte Carlo MC)、量子力學(Quantum Mechanics QM)、布朗動力學(Brow

4、nian Dynamics BD)、介觀模擬(Mesoscale simulation MS)和分子動力學(Molecular Dynamics MD)等幾類。目前分子動力學模擬是應用最為普遍的一種模擬方法，它是主要應用于原子和分子水平上進行多體問題求解的一個重要研究手段。分子動力學模擬用于表面活性劑水溶液的研究是通過建立氣液界面模型，分析模型在達到自動平衡后的結果實現(xiàn)的。通過分子動力學模擬，可得到界面上溶液分子的吸附行為，包括界面上的

5、分子密度、分子取向有序性、分子取向角以及分子鏈長等參數(shù)的變化，達到理論與實驗相結合的目的。分子動力學模擬用來研究溶液所用的模型大多采用Sandwich模型，即模擬界面的實際結構。
　　本論文主要分為三個部分:
　　第一部分為SDBS溶液的分子動力學模擬，主要模擬了取向角函數(shù)以及尾鏈長度等參數(shù)。
　　第二部分為幾種溶液界面的二次諧波強度信號檢測，以及應用檢測到的數(shù)據(jù)進行的界面分子取向角的計算。
　　第三部分為探索性

6、實驗研究，主要探測了液液界面的二次諧波信號，并進行了簡單的分析。
　　總結起來，通過本文所做的工作可以看到，通過對實驗所用的羅丹明B、SDBS和SDS等溶液進行檢測，獲得了這些溶液的二次諧波信號強度，并對羅丹明B溶液的界面分子取向角進行了計算，探索了利用二次諧波探測計算界面分子取向角的方法，證明了不同濃度表面活性劑溶液的二次諧波信號強度在臨界膠束濃度(CMC)值附近變化的非線性。分子模擬的結果表明，分子的取向有序性隨著溶液濃度的增