《基於粗粒化物理模型研究液態水的微觀結構》是依託上海大學，由塗育松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於粗粒化物理模型研究液態水的微觀結構
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：塗育松
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
水是生命之源，人類對水的研究從來沒有停止過。但是對液體水的氫鍵及其微觀結構的認識依然不清楚。著名學術期刊《科學》在2004年將對水的微觀結構的理解作為當年十大科學進展之第八；更有意思的是，這些理解隨後引起巨大爭論。由於缺乏對以氫鍵為特徵的水的微觀性質的整體理解，基於分子動力學模擬的全原子水模型依然不能給出統一的與實驗符合的水的特性，現有的各種簡化模型則需要很多複雜的假設。2009年我們提出具有強、弱氫鍵特性的水的簡化模型。這個非常簡化的模型在刻畫常溫水和超冷水的某些特性時非常成功。本項目將在此基礎上，將這個模型進一步擴展到更多的水的熱力學特性，挖掘水的微觀性質特性，主要是氫鍵結構性質；進而研究水的動力學特性，包括水的擴散係數、粘滯性、結構弛豫時間等，以期建立水的微觀結構、水的熱力學行為和動力學行為之間關係的物理圖像。本項目將有助於揭示水的異常性質的物理本質，具有重要的理論意義。
結題摘要
人類對水的研究從來沒有停止過，但對液體水的氫鍵及其微觀結構的認識依然不清楚。有意思的是，直到最近的2014年，三位美國院士(Pablo G. Debenedetti, H. Eugene Stanley, David Chandler)和一位德國院士(Kurt Binder)仍然在國際頂級刊物展開激烈的辯論[Nature 510, 385 (2014); PNAS 111, 9374 (2014);PRL 112, 135701 (2014); arXiv:1407.6854 (2014)]：液態水的液液相變（純種液體，但高、低密度兩種液態相）是否真實存在？作為生命源泉，水的基本結構及性質直接關係到各種物理、化學和生命活動等過程，具有重要的理論意義。傳統水模型只能通過可能的臨界點之上的行為來推測臨界點存在與否，且不同水模型的結果並不一致。我們從粗粒化的物理模型從發，僅引入一個參數描述氫鍵的正四面體結構性的強弱,考察和建立氫鍵模式與微觀結構、以及水的異常性質之間的物理聯繫。研究表明，高密度與低密度局域結構是可以共存液態水中的，且激烈地相互競爭；此競爭關係取決於形成氫鍵的正四面體結構性的強度，不同氫鍵結構的正四面體性的強弱變化則可以導致相變的臨界點的出現與消失；此模型被進一步被套用於研究在臨界點以下的臨界行為。此研究有利於揭示水的異常性質的物理本質,並為將來實驗研究提供理論依據。
