【摘 要】
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无水碳酸镁(AMC)是一种新型的无机晶体材料,晶型完整、形貌均匀的AMC在众多领域都有着十分广阔的应用前景。在溶液结晶制备AMC的过程中,由于Mg2+和H2O的强结合容易生成水合碳酸镁和碱式碳酸镁,影响了无水碳酸镁产品的品质。而目前实验室制备AMC的方法,尽管采用了高能耗和复杂的操作,仍不易得到具有均匀形态的高质量AMC。这样的现状促使我们希望通过理解结晶成核和生长过程的微观机制及其影响因素,从而
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No. 51836002);
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无水碳酸镁(AMC)是一种新型的无机晶体材料,晶型完整、形貌均匀的AMC在众多领域都有着十分广阔的应用前景。在溶液结晶制备AMC的过程中,由于Mg2+和H2O的强结合容易生成水合碳酸镁和碱式碳酸镁,影响了无水碳酸镁产品的品质。而目前实验室制备AMC的方法,尽管采用了高能耗和复杂的操作,仍不易得到具有均匀形态的高质量AMC。这样的现状促使我们希望通过理解结晶成核和生长过程的微观机制及其影响因素,从而找到一种有效的调控策略。为此,本文基于分子动力学模拟分析了结晶温区、浓度以及晶面结构对溶液结晶成核与生长过程的影响,并探讨了溶质分子的团簇演化规律,从团簇运动规律的角度,提出无水碳酸镁结晶调控思路。具体工作内容如下:首先,建立了碳酸镁溶液-界面模型分子动力学模拟体系,基于温度对结晶过程离子团簇与扩散成核的影响,观察了不同温度下模拟过程中的物理图景,并对溶液中的粒子扩散特性、团簇数量与尺寸、形成团簇的溶质离子数比率、团簇演化和分布以及团簇水合特征进行了统计分析。其次,建立了不同浓度的碳酸镁溶液-界面模型体系,基于浓度对结晶过程离子团簇与扩散成核的影响进行了详细分析和讨论。最后,建立了具有不同晶面结构的碳酸镁溶液-界面模型体系,基于晶面结构对结晶过程离子团簇与扩散成核的影响进行了详细分析和讨论。结果表明,溶质离子的扩散速率与成核或晶界生长过程的团簇演化相互作用。合理选择温度和浓度,不仅有利于团簇成核而且有利于晶界引导溶质离子吸附生长,对Mg2+和H2O的强结合也能起到很好的干扰作用,有利于形成无水碳酸镁;(1(?)0)光滑晶体表面比(1(?)4)光滑晶体表面更有利于团簇成核与生长;此外,粗糙表面比光滑表面更容易引导AMC的生长,且有利于脱水,其中既具有扭结又具有台阶的(1(?)0)粗糙表面效果最好。
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