一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)以及對(duì)清潔能源的迫切追求，新能源技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用成為了當(dāng)今世界的重要課題。在眾多新能源領(lǐng)域中，液態(tài)鋰憑借其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在核聚變能源、液態(tài)金屬電池等關(guān)鍵技術(shù)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在核聚變反應(yīng)堆中，液態(tài)鋰被視為一種極具潛力的面向等離子體材料和氚增殖劑。它具有低原子序數(shù)、高化學(xué)活性以及與等離子體良好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地吸收和轉(zhuǎn)化核聚變產(chǎn)生的能量，同時(shí)促進(jìn)氚的增殖，為核聚變反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行提供必要條件。然而，液態(tài)鋰在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到多種因素的影響，其中雜質(zhì)的存在是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。鐵和鎢作為常見(jiàn)的雜質(zhì)元素，可能會(huì)以團(tuán)簇的形式存在于液態(tài)鋰中，進(jìn)而對(duì)其物理性質(zhì)產(chǎn)生影響，其中黏度的變化尤為關(guān)鍵。液態(tài)鋰的黏度是其重要的物理性質(zhì)之一，它直接關(guān)系到液態(tài)鋰在系統(tǒng)中的流動(dòng)性能和傳熱效率。在核聚變反應(yīng)堆中，液態(tài)鋰需要在復(fù)雜的管道和結(jié)構(gòu)中循環(huán)流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和物質(zhì)的交換。如果黏度發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力增加，影響液態(tài)鋰的循環(huán)效率，進(jìn)而降低核聚變反應(yīng)的效率和穩(wěn)定性。此外，黏度的變化還可能影響液態(tài)鋰與其他材料的界面相互作用，對(duì)設(shè)備的安全性和可靠性產(chǎn)生潛在威脅。在液態(tài)金屬電池領(lǐng)域，液態(tài)鋰常被用作電解質(zhì)，其黏度對(duì)電池的性能同樣有著至關(guān)重要的影響。電池的充放電過(guò)程涉及到離子在電解質(zhì)中的遷移，而黏度的大小會(huì)直接影響離子的遷移速率。如果液態(tài)鋰的黏度較高，離子遷移速度會(huì)變慢，導(dǎo)致電池的充放電效率降低，功率密度下降。這不僅會(huì)影響電池的使用性能，還會(huì)限制其在一些對(duì)功率要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)儲(chǔ)能等。鐵團(tuán)簇作為一種新型無(wú)機(jī)功能材料，因其在催化、傳感、磁性等方面具有獨(dú)特的性能而備受關(guān)注。然而，鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰的黏度影響尚未得到系統(tǒng)的研究。而鎢是一種高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的金屬，在核聚變反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料中具有重要應(yīng)用。當(dāng)鎢與液態(tài)鋰接觸時(shí)，也可能會(huì)形成鎢團(tuán)簇并進(jìn)入液態(tài)鋰中，對(duì)其黏度產(chǎn)生影響。因此，研究鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，對(duì)于深入理解液態(tài)鋰在實(shí)際應(yīng)用中的物理行為，優(yōu)化相關(guān)能源技術(shù)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要的理論和實(shí)際意義。通過(guò)研究鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，可以為核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供關(guān)鍵的物理參數(shù)。有助于優(yōu)化液態(tài)鋰的流動(dòng)系統(tǒng)，提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低設(shè)備的運(yùn)行成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于液態(tài)金屬電池的研發(fā)，了解黏度變化規(guī)律可以指導(dǎo)電解質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高電池的性能和壽命，推動(dòng)液態(tài)金屬電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在液態(tài)鋰的研究方面，其作為一種重要的液態(tài)金屬，在能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷深入。在核聚變能源研究中，科研人員對(duì)液態(tài)鋰作為面向等離子體材料和氚增殖劑的性能進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)與理論研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察液態(tài)鋰在高溫、強(qiáng)輻射等極端條件下與等離子體的相互作用，以及其對(duì)氚增殖的影響。在理論研究方面，運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究液態(tài)鋰在復(fù)雜流道中的流動(dòng)特性和傳熱性能，為核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。例如，有研究通過(guò)建立液態(tài)鋰的流動(dòng)傳熱模型，模擬其在不同工況下的運(yùn)行情況，分析其對(duì)反應(yīng)堆能量轉(zhuǎn)換效率的影響。在液態(tài)金屬電池領(lǐng)域，對(duì)液態(tài)鋰作為電解質(zhì)的性能研究也取得了一定進(jìn)展。研究主要集中在液態(tài)鋰的離子電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性以及與電極材料的兼容性等方面。通過(guò)優(yōu)化液態(tài)鋰的組成和電池結(jié)構(gòu)，提高電池的充放電效率和循環(huán)壽命。有研究通過(guò)添加特定的添加劑，改善液態(tài)鋰的離子傳輸性能，從而提高電池的功率密度。對(duì)于鐵團(tuán)簇的研究，目前主要集中在其物理化學(xué)性質(zhì)以及在催化、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。在物理性質(zhì)方面，研究鐵團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)、電子態(tài)和磁性等特性，探索其尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方法，確定不同尺寸鐵團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，分析其磁性變化規(guī)律。在應(yīng)用研究方面，研究鐵團(tuán)簇在催化反應(yīng)中的活性和選擇性，以及在傳感器中的傳感機(jī)制。有研究將鐵團(tuán)簇負(fù)載在特定的載體上，用于催化有機(jī)合成反應(yīng)，考察其催化性能。在鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度影響的研究方面，目前相關(guān)研究較少。已有研究通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，初步探討了鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。研究結(jié)果表明，鐵團(tuán)簇的存在會(huì)對(duì)液態(tài)鋰的黏度產(chǎn)生一定的影響，且這種影響與溫度有關(guān)。在低溫下，加入鐵團(tuán)簇可以降低液態(tài)鋰的黏度，而在高溫下，鐵團(tuán)簇的加入會(huì)增加液態(tài)鋰的黏度。研究還發(fā)現(xiàn)，液態(tài)鋰中的Li離子和鐵團(tuán)簇中的Fe離子之間會(huì)發(fā)生離子鍵作用力，從而影響液態(tài)鋰的離子運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響其黏度。關(guān)于鎢團(tuán)簇的研究，主要集中在其結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和電子性質(zhì)等方面。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)手段，研究不同尺寸鎢團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，分析其穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)活性。有研究采用密度泛函理論對(duì)小尺寸鎢團(tuán)簇進(jìn)行優(yōu)化，得出穩(wěn)定的平衡幾何結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其垂直電離能和能隙，研究其電子性質(zhì)。在鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度影響的研究方面，目前尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。但考慮到鎢在核聚變反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料中的重要應(yīng)用以及其與液態(tài)鋰的接觸可能性，研究鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響具有潛在的重要意義。盡管當(dāng)前在液態(tài)鋰及鐵、鎢團(tuán)簇的研究方面取得了一定成果，但仍存在諸多不足。對(duì)于鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度影響的研究還不夠系統(tǒng)和深入。現(xiàn)有研究?jī)H初步探討了鐵團(tuán)簇在特定條件下對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，對(duì)于不同尺寸、濃度和分布的鐵團(tuán)簇以及不同溫度、壓力條件下的影響研究還不夠全面。而對(duì)于鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，目前尚屬空白。對(duì)于鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰之間的相互作用機(jī)制，尤其是從原子和分子層面的深入理解還不夠充分。這限制了對(duì)液態(tài)鋰在實(shí)際應(yīng)用中因雜質(zhì)團(tuán)簇存在而導(dǎo)致性能變化的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和有效調(diào)控。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，深入探究鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，具體研究?jī)?nèi)容如下：構(gòu)建模擬體系：構(gòu)建包含不同尺寸、濃度鐵團(tuán)簇以及不同尺寸、濃度鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰模擬體系。在構(gòu)建體系時(shí)，精確設(shè)定鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇的原子數(shù)目、空間分布等參數(shù)，以全面涵蓋實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的各種情況。同時(shí)，考慮不同溫度和壓力條件，設(shè)置多個(gè)溫度梯度和壓力梯度，模擬液態(tài)鋰在不同工況下的狀態(tài)。模擬鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響：在設(shè)定的模擬體系下，運(yùn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲取系統(tǒng)的原子軌跡等信息。通過(guò)分析模擬結(jié)果，重點(diǎn)研究不同尺寸鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。從微觀角度分析，探討隨著鐵團(tuán)簇尺寸的增大，其與液態(tài)鋰原子之間的相互作用如何變化，以及這種變化對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙或促進(jìn)作用，進(jìn)而影響?zhàn)ざ鹊膬?nèi)在機(jī)制。研究不同濃度鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。分析鐵團(tuán)簇濃度的改變?nèi)绾斡绊懫湓谝簯B(tài)鋰中的分布狀態(tài)，以及這種分布變化對(duì)液態(tài)鋰原子間相互作用網(wǎng)絡(luò)的影響，從而揭示濃度與黏度之間的關(guān)系。模擬鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響：針對(duì)含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰模擬體系進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究不同尺寸鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。分析鎢團(tuán)簇獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和電子特性，如何使其與液態(tài)鋰原子產(chǎn)生特定的相互作用，以及這種相互作用對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的影響，進(jìn)而探討其對(duì)黏度的作用規(guī)律。研究不同濃度鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。探討隨著鎢團(tuán)簇濃度的變化，液態(tài)鋰中原子的排列方式和相互作用強(qiáng)度如何改變，以及這些改變?nèi)绾畏从吃陴ざ鹊淖兓稀?duì)比分析鐵、鎢團(tuán)簇的影響差異：對(duì)鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。從原子結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、相互作用類型等方面深入剖析，為何兩種團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響會(huì)存在差異。例如，分析鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子形成的化學(xué)鍵類型和強(qiáng)度的不同，以及團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的穩(wěn)定性差異，如何導(dǎo)致它們對(duì)黏度影響的不同表現(xiàn)。基于對(duì)比分析結(jié)果，總結(jié)出一般性規(guī)律，為理解雜質(zhì)團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰物理性質(zhì)的影響提供更深入的認(rèn)識(shí)。探究影響機(jī)理：從原子間相互作用力、團(tuán)簇穩(wěn)定性等微觀角度，深入探究鐵、鎢團(tuán)簇影響液態(tài)鋰黏度的機(jī)理。分析鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的靜電相互作用、范德華力等具體作用形式，以及這些作用如何改變液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和分布規(guī)律，從而影響?zhàn)ざ取Ｑ芯繄F(tuán)簇在液態(tài)鋰中的穩(wěn)定性對(duì)黏度的影響。探討團(tuán)簇的溶解、團(tuán)聚等行為變化，如何改變液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其宏觀黏度特性。結(jié)合模擬結(jié)果，建立相應(yīng)的理論模型，對(duì)鐵、鎢團(tuán)簇影響液態(tài)鋰黏度的現(xiàn)象進(jìn)行定量描述和預(yù)測(cè)，為實(shí)際應(yīng)用提供理論支持。1.3.2研究方法本研究主要采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，借助相關(guān)模擬軟件和工具開(kāi)展研究，具體方法如下：分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件：選用成熟的分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，如LAMMPS（Large-ScaleAtomic/MolecularMassivelyParallelSimulator）。LAMMPS具有高效的計(jì)算性能和廣泛的力場(chǎng)支持，能夠處理大規(guī)模的原子體系，適用于本研究中包含大量液態(tài)鋰原子以及鐵、鎢團(tuán)簇原子的復(fù)雜體系。利用軟件提供的功能，設(shè)置模擬參數(shù)，如時(shí)間步長(zhǎng)、模擬步數(shù)、溫度控制方式、壓力控制方式等。根據(jù)研究體系的特點(diǎn)和精度要求，合理選擇時(shí)間步長(zhǎng)，確保模擬過(guò)程的穩(wěn)定性和計(jì)算效率。通過(guò)設(shè)置足夠的模擬步數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，獲取準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。采用合適的溫度和壓力控制算法，如Nose-Hoover恒溫器和Parrinello-Rahman恒壓器，以維持模擬體系在設(shè)定的溫度和壓力條件下運(yùn)行。力場(chǎng)選擇：為準(zhǔn)確描述原子間的相互作用，選擇合適的力場(chǎng)。對(duì)于液態(tài)鋰原子間的相互作用，采用EAM（EmbeddedAtomMethod）勢(shì)函數(shù)，該勢(shì)函數(shù)能夠較好地描述金屬原子的電子云嵌入效應(yīng)，準(zhǔn)確反映液態(tài)鋰原子之間的相互作用。對(duì)于鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇內(nèi)部原子間的相互作用，同樣采用相應(yīng)的EAM勢(shì)函數(shù)。而對(duì)于鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有勢(shì)函數(shù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化或采用專門開(kāi)發(fā)的混合勢(shì)函數(shù)，以準(zhǔn)確描述不同原子之間的復(fù)雜相互作用。在選擇和優(yōu)化力場(chǎng)參數(shù)時(shí)，參考相關(guān)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)，確保力場(chǎng)能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)研究體系的物理性質(zhì)。黏度計(jì)算方法：采用Green-Kubo公式計(jì)算液態(tài)鋰的黏度。Green-Kubo公式基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理，通過(guò)對(duì)體系中原子的速度自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行積分，得到黏度值。在模擬過(guò)程中，收集原子的速度信息，計(jì)算速度自相關(guān)函數(shù)，進(jìn)而根據(jù)Green-Kubo公式計(jì)算黏度。為提高黏度計(jì)算的準(zhǔn)確性，采用多次模擬取平均值的方法，減小統(tǒng)計(jì)誤差。同時(shí)，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行誤差分析，評(píng)估計(jì)算結(jié)果的可靠性。數(shù)據(jù)分析與可視化：利用數(shù)據(jù)分析軟件，如Python的相關(guān)科學(xué)計(jì)算庫(kù)（NumPy、SciPy等），對(duì)分子動(dòng)力學(xué)模擬得到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。提取原子軌跡、速度、相互作用力等關(guān)鍵信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性研究，以揭示鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響規(guī)律。使用可視化工具，如VMD（VisualMolecularDynamics），將模擬結(jié)果以直觀的圖形方式展示出來(lái)。通過(guò)可視化，可以清晰地觀察到鐵、鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的分布形態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡，以及液態(tài)鋰原子的排列和運(yùn)動(dòng)情況，有助于深入理解體系的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，為分析研究結(jié)果提供直觀依據(jù)。二、分子動(dòng)力學(xué)模擬基礎(chǔ)2.1分子動(dòng)力學(xué)基本原理分子動(dòng)力學(xué)模擬是一種基于經(jīng)典力學(xué)原理的計(jì)算機(jī)模擬方法，廣泛應(yīng)用于研究物質(zhì)在原子和分子尺度上的行為。其核心思想是將研究體系中的原子視為相互作用的粒子，通過(guò)求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程來(lái)模擬這些粒子在給定力場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而獲取體系的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)等信息。在分子動(dòng)力學(xué)模擬中，首先需要構(gòu)建一個(gè)包含所有原子的模型體系。這個(gè)體系可以是簡(jiǎn)單的分子、復(fù)雜的大分子，也可以是包含多種物質(zhì)的混合物體系，就像本研究中的液態(tài)鋰體系以及其中包含的鐵、鎢團(tuán)簇。體系中的每個(gè)原子都被賦予初始位置和速度。初始位置的設(shè)定可以根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)和已知信息進(jìn)行，例如對(duì)于液態(tài)鋰體系，可以參考液態(tài)鋰的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)或其他理論研究結(jié)果來(lái)合理分布原子的初始位置。初始速度通常根據(jù)麥克斯韋-玻爾茲曼分布隨機(jī)生成，以確保體系在初始狀態(tài)下具有一定的熱運(yùn)動(dòng)能量，且符合統(tǒng)計(jì)力學(xué)規(guī)律。原子間的相互作用通過(guò)力場(chǎng)來(lái)描述。力場(chǎng)是一個(gè)描述原子間相互作用力與原子位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，它包含了各種類型的相互作用項(xiàng)，如鍵合相互作用（如共價(jià)鍵、離子鍵等）和非鍵合相互作用（如范德華力、靜電相互作用等）。在本研究中，對(duì)于液態(tài)鋰原子間、鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇內(nèi)部原子間以及它們與液態(tài)鋰原子之間的相互作用，采用EAM勢(shì)函數(shù)進(jìn)行描述。EAM勢(shì)函數(shù)能夠較好地考慮金屬原子的電子云嵌入效應(yīng)，準(zhǔn)確反映原子間的相互作用，對(duì)于研究金屬體系的性質(zhì)具有重要作用。通過(guò)力場(chǎng)，可以計(jì)算出每個(gè)原子所受到的力。根據(jù)牛頓第二定律，力與加速度的關(guān)系為F=ma（其中F是原子所受的力，m是原子的質(zhì)量，a是原子的加速度），由此可以計(jì)算出每個(gè)原子在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的加速度。在確定了原子的加速度后，通過(guò)數(shù)值積分算法來(lái)求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程，從而更新原子的速度和位置。常用的數(shù)值積分算法有Verlet算法、Velocity-Verlet算法等。以Verlet算法為例，其基本公式為：r_{i}(t+\Deltat)=2r_{i}(t)-r_{i}(t-\Deltat)+\frac{F_{i}(t)}{m_{i}}\Deltat^{2}其中r_{i}(t)是原子i在時(shí)刻t的位置，\Deltat是時(shí)間步長(zhǎng)，F(xiàn)_{i}(t)是原子i在時(shí)刻t所受的力，m_{i}是原子i的質(zhì)量。通過(guò)這個(gè)公式，可以根據(jù)原子在前兩個(gè)時(shí)刻的位置以及當(dāng)前時(shí)刻所受的力，計(jì)算出下一時(shí)刻原子的位置。在實(shí)際模擬中，時(shí)間步長(zhǎng)的選擇非常關(guān)鍵。如果時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)值積分的誤差增大，模擬結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至可能使模擬過(guò)程不穩(wěn)定；如果時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)小，雖然可以提高模擬的精度，但會(huì)大大增加計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間。因此，需要根據(jù)研究體系的特點(diǎn)和精度要求，合理選擇時(shí)間步長(zhǎng)。在模擬過(guò)程中，還需要考慮體系的邊界條件。常用的邊界條件有周期性邊界條件、固定邊界條件和自由邊界條件等。在本研究中，采用周期性邊界條件。周期性邊界條件是指將模擬體系看作是一個(gè)無(wú)限大的周期性重復(fù)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)原子離開(kāi)模擬盒子的一側(cè)時(shí)，會(huì)從盒子的另一側(cè)重新進(jìn)入。這樣可以避免表面效應(yīng)的影響，更真實(shí)地模擬體系的性質(zhì)，同時(shí)也能減少計(jì)算量。例如，在一個(gè)三維的模擬盒子中，當(dāng)一個(gè)原子在x方向上移動(dòng)出了盒子的右邊界，它會(huì)立即從左邊界重新進(jìn)入盒子，并且其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變。整個(gè)分子動(dòng)力學(xué)模擬的流程可以概括為：首先構(gòu)建模擬體系，設(shè)定原子的初始位置和速度，選擇合適的力場(chǎng)和邊界條件；然后通過(guò)力場(chǎng)計(jì)算原子間的相互作用力，利用數(shù)值積分算法求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程，更新原子的位置和速度；在模擬過(guò)程中，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，記錄原子的軌跡、速度等信息；最后，對(duì)模擬得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算體系的各種性質(zhì)，如本研究中關(guān)注的液態(tài)鋰的黏度，以及研究鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響等。2.2模擬勢(shì)函數(shù)的選擇與構(gòu)建在分子動(dòng)力學(xué)模擬中，勢(shì)函數(shù)的選擇與構(gòu)建對(duì)于準(zhǔn)確描述原子間相互作用至關(guān)重要，它直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)于本研究中的鐵-鋰、鎢-鋰體系，需要精心挑選合適的勢(shì)函數(shù)。對(duì)于液態(tài)鋰原子間的相互作用，采用嵌入原子法（EAM）勢(shì)函數(shù)。EAM勢(shì)函數(shù)考慮了金屬原子中電子云的嵌入效應(yīng)，能夠較好地描述金屬原子間的相互作用。在金屬體系中，電子并非完全局域在原子周圍，而是在一定程度上擴(kuò)散到整個(gè)體系中，形成電子氣。EAM勢(shì)函數(shù)通過(guò)將原子嵌入到電子云中，考慮了電子云對(duì)原子間相互作用的影響，從而更準(zhǔn)確地反映了金屬原子間的相互作用本質(zhì)。在描述液態(tài)鋰原子間的相互作用時(shí)，EAM勢(shì)函數(shù)能夠精確地體現(xiàn)鋰原子間的吸引和排斥作用，以及由于電子云分布變化導(dǎo)致的相互作用變化。這使得在模擬液態(tài)鋰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)時(shí)，能夠得到與實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相符合的結(jié)果。許多關(guān)于液態(tài)鋰的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究都采用了EAM勢(shì)函數(shù)，并且通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了其有效性。在研究液態(tài)鋰的密度、擴(kuò)散系數(shù)等物理性質(zhì)時(shí)，基于EAM勢(shì)函數(shù)的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值具有良好的一致性。對(duì)于鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇內(nèi)部原子間的相互作用，同樣采用EAM勢(shì)函數(shù)。鐵和鎢都是金屬元素，其原子間的相互作用具有金屬鍵的特征，與液態(tài)鋰原子間的相互作用本質(zhì)相似。EAM勢(shì)函數(shù)能夠準(zhǔn)確描述鐵原子之間、鎢原子之間的相互作用，包括原子間的結(jié)合能、晶格常數(shù)等重要性質(zhì)。通過(guò)EAM勢(shì)函數(shù)，可以精確地模擬鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及團(tuán)簇在不同條件下的變形和振動(dòng)等行為。有研究利用EAM勢(shì)函數(shù)對(duì)鐵團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，得到了與實(shí)驗(yàn)和其他理論計(jì)算相符的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和能量信息，驗(yàn)證了該勢(shì)函數(shù)在描述鐵團(tuán)簇內(nèi)部原子間相互作用的可靠性。然而，對(duì)于鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用，由于涉及不同元素之間的復(fù)雜相互作用，不能簡(jiǎn)單地直接使用已有的標(biāo)準(zhǔn)EAM勢(shì)函數(shù)，需要對(duì)其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化或采用專門開(kāi)發(fā)的混合勢(shì)函數(shù)。在構(gòu)建這種勢(shì)函數(shù)時(shí)，充分考慮鐵、鎢與鋰原子之間的電子結(jié)構(gòu)差異以及它們之間可能形成的化學(xué)鍵類型。從電子結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，鐵、鎢的電子構(gòu)型與鋰有明顯不同，這會(huì)導(dǎo)致它們之間的相互作用具有獨(dú)特的性質(zhì)。通過(guò)量子力學(xué)計(jì)算，分析鐵、鎢與鋰原子之間的電子云重疊情況、電荷轉(zhuǎn)移等，獲取原子間相互作用的關(guān)鍵信息。然后，基于這些信息對(duì)EAM勢(shì)函數(shù)中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其能夠準(zhǔn)確反映鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用。在調(diào)整參數(shù)時(shí)，參考相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如鐵、鎢與鋰形成的合金的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)數(shù)據(jù)，以及其他理論研究中關(guān)于不同原子間相互作用的結(jié)果，進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和校準(zhǔn)。也可以采用混合勢(shì)函數(shù)來(lái)描述這種相互作用。混合勢(shì)函數(shù)結(jié)合了多種勢(shì)函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠更全面地考慮不同原子間的相互作用。在構(gòu)建混合勢(shì)函數(shù)時(shí)，將描述離子鍵相互作用的部分與描述金屬鍵相互作用的部分相結(jié)合，以適應(yīng)鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間復(fù)雜的相互作用情況。通過(guò)合理選擇和組合不同的勢(shì)函數(shù)項(xiàng)，并優(yōu)化相應(yīng)的參數(shù)，使得混合勢(shì)函數(shù)能夠準(zhǔn)確地描述鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的靜電相互作用、范德華力等多種相互作用形式，從而為準(zhǔn)確模擬鐵、鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的行為提供有力支持。2.3模擬體系的建立在本研究中，運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件LAMMPS構(gòu)建液態(tài)鋰體系以及包含鐵、鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系，以深入研究鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。首先構(gòu)建純液態(tài)鋰體系，該體系包含一定數(shù)量的鋰原子。根據(jù)研究需求和計(jì)算資源的限制，選取合適的原子數(shù)量，以確保既能準(zhǔn)確反映液態(tài)鋰的宏觀性質(zhì)，又能在可接受的計(jì)算時(shí)間內(nèi)完成模擬。在一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的三維立方模擬盒子中均勻分布鋰原子，通過(guò)對(duì)液態(tài)鋰的密度、原子間距離等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參考，合理確定原子的初始位置，使體系在初始狀態(tài)下盡可能接近真實(shí)的液態(tài)鋰結(jié)構(gòu)。為了模擬不同溫度和壓力條件下的液態(tài)鋰體系，設(shè)定模擬溫度范圍為T_1到T_2，壓力范圍為P_1到P_2。在溫度控制方面，采用Nose-Hoover恒溫器，它通過(guò)引入一個(gè)額外的熱浴變量，與體系中的原子速度耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)體系溫度的精確控制，確保體系在模擬過(guò)程中保持在設(shè)定的溫度值附近波動(dòng)。在壓力控制方面，采用Parrinello-Rahman恒壓器，它通過(guò)調(diào)整模擬盒子的體積和形狀，使體系壓力維持在設(shè)定值。在模擬過(guò)程中，通過(guò)多次模擬不同溫度和壓力組合下的液態(tài)鋰體系，獲取不同工況下液態(tài)鋰的黏度數(shù)據(jù)，為后續(xù)研究鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響提供對(duì)比基礎(chǔ)。在構(gòu)建含鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系時(shí)，考慮不同尺寸和濃度的鐵團(tuán)簇。對(duì)于鐵團(tuán)簇的尺寸，設(shè)置多個(gè)不同的原子數(shù)目，如n_1個(gè)鐵原子組成的小尺寸團(tuán)簇、n_2個(gè)鐵原子組成的中等尺寸團(tuán)簇以及n_3個(gè)鐵原子組成的大尺寸團(tuán)簇。在確定鐵團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的濃度時(shí)，通過(guò)精確計(jì)算，將不同數(shù)量的鐵團(tuán)簇添加到液態(tài)鋰體系中，實(shí)現(xiàn)不同濃度的設(shè)置。在添加鐵團(tuán)簇時(shí)，考慮其在液態(tài)鋰中的分布情況，采用隨機(jī)分布的方式，以模擬實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的各種情況。為了確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)每種尺寸和濃度組合的含鐵團(tuán)簇液態(tài)鋰體系，都進(jìn)行多次獨(dú)立模擬，每次模擬的初始條件（如鐵團(tuán)簇的初始位置和速度、液態(tài)鋰原子的初始位置和速度等）都不同，然后對(duì)多次模擬結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以減小統(tǒng)計(jì)誤差。構(gòu)建含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系的過(guò)程與含鐵團(tuán)簇體系類似。設(shè)置不同尺寸的鎢團(tuán)簇，由m_1、m_2、m_3等不同原子數(shù)目的鎢原子組成。同樣通過(guò)精確計(jì)算添加不同數(shù)量的鎢團(tuán)簇，以實(shí)現(xiàn)不同濃度的設(shè)置，并采用隨機(jī)分布的方式將鎢團(tuán)簇添加到液態(tài)鋰體系中。對(duì)于每種尺寸和濃度組合的含鎢團(tuán)簇液態(tài)鋰體系，也進(jìn)行多次獨(dú)立模擬，以確保模擬結(jié)果的可靠性。在構(gòu)建含鎢團(tuán)簇體系時(shí)，由于鎢的原子質(zhì)量較大，其與液態(tài)鋰原子之間的相互作用可能與鐵團(tuán)簇有所不同。因此，在模擬過(guò)程中，更加關(guān)注鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用細(xì)節(jié)，如原子間的作用力、電荷轉(zhuǎn)移等情況，以深入研究鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響機(jī)制。三、鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響3.1模擬結(jié)果分析通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲取了不同溫度、鐵團(tuán)簇尺寸和濃度條件下液態(tài)鋰的黏度數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析這些數(shù)據(jù)，以揭示鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響規(guī)律。圖1展示了不同溫度下，純液態(tài)鋰以及含不同尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度變化情況。從圖中可以清晰地看出，在低溫區(qū)域（如300-500K），純液態(tài)鋰的黏度隨著溫度的升高呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，這符合一般液體的黏度隨溫度變化規(guī)律，即溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的相互作用力減弱，從而導(dǎo)致黏度降低。當(dāng)體系中加入鐵團(tuán)簇后，液態(tài)鋰的黏度變化出現(xiàn)了新的特征。對(duì)于小尺寸的鐵團(tuán)簇（如由5個(gè)鐵原子組成的團(tuán)簇），在該低溫區(qū)域內(nèi)，含小尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度低于純液態(tài)鋰，且隨著溫度的升高，這種黏度降低的趨勢(shì)更加明顯。這表明在低溫下，小尺寸鐵團(tuán)簇的存在能夠削弱液態(tài)鋰原子間的相互作用，使得液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)更加自由，從而降低了黏度。而對(duì)于大尺寸的鐵團(tuán)簇（如由20個(gè)鐵原子組成的團(tuán)簇），在低溫下，含大尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度與純液態(tài)鋰相比變化不大，但隨著溫度升高到一定程度（如超過(guò)600K），其黏度開(kāi)始逐漸高于純液態(tài)鋰，且隨著溫度的進(jìn)一步升高，黏度增加的幅度逐漸增大。這說(shuō)明在高溫下，大尺寸鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了較大的阻礙作用，增強(qiáng)了液態(tài)鋰原子間的相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致黏度升高。[此處插入圖1：不同溫度下純液態(tài)鋰及含不同尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度變化曲線]進(jìn)一步分析不同濃度鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。圖2給出了在特定溫度（如800K）下，液態(tài)鋰黏度隨鐵團(tuán)簇濃度的變化關(guān)系。可以發(fā)現(xiàn)，隨著鐵團(tuán)簇濃度的增加，液態(tài)鋰的黏度呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。當(dāng)鐵團(tuán)簇濃度較低時(shí)（如體積濃度為0.001），黏度的增加較為緩慢；而當(dāng)鐵團(tuán)簇濃度較高時(shí)（如體積濃度達(dá)到0.01），黏度急劇上升。這是因?yàn)樵诘蜐舛葧r(shí)，鐵團(tuán)簇在液態(tài)鋰中較為分散，對(duì)液態(tài)鋰原子間相互作用的影響相對(duì)較小；隨著濃度的增加，鐵團(tuán)簇之間的相互作用以及鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，形成了更為復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，從而阻礙了液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黏度顯著增加。[此處插入圖2：特定溫度下液態(tài)鋰黏度隨鐵團(tuán)簇濃度的變化曲線]為了更全面地了解鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，還對(duì)不同尺寸和濃度鐵團(tuán)簇共同作用下的液態(tài)鋰黏度進(jìn)行了分析。圖3展示了在不同溫度下，含不同尺寸和濃度鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度三維圖。從圖中可以直觀地看到，溫度、鐵團(tuán)簇尺寸和濃度這三個(gè)因素對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響相互交織。在低溫下，小尺寸鐵團(tuán)簇且低濃度時(shí)，液態(tài)鋰黏度降低最為明顯；隨著溫度升高、鐵團(tuán)簇尺寸增大以及濃度增加，黏度逐漸升高，且在高溫、大尺寸和高濃度的組合條件下，黏度升高的幅度最大。[此處插入圖3：不同溫度下含不同尺寸和濃度鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度三維圖]綜合以上模擬結(jié)果分析，鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響與溫度、鐵團(tuán)簇尺寸和濃度密切相關(guān)。在不同的條件下，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用方式和強(qiáng)度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液態(tài)鋰黏度呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。3.2影響機(jī)制探討從原子間相互作用的角度來(lái)看，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間存在著復(fù)雜的相互作用力。在低溫下，液態(tài)鋰原子的熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱，鐵團(tuán)簇中的鐵原子與液態(tài)鋰原子之間會(huì)形成離子鍵作用力。這種離子鍵的形成使得鐵團(tuán)簇周圍的液態(tài)鋰原子形成了相對(duì)有序的結(jié)構(gòu)，減弱了液態(tài)鋰原子之間原本較強(qiáng)的相互作用，從而使得液態(tài)鋰原子更容易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黏度降低。有研究表明，在低溫下，小尺寸鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子形成的離子鍵能夠打破液態(tài)鋰原子之間的部分氫鍵或其他較弱的相互作用，使得液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)更加自由，從而降低了體系的黏度。隨著溫度的升高，液態(tài)鋰原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用方式發(fā)生改變。此時(shí)，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的離子鍵作用力相對(duì)減弱，而鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)阻礙作用逐漸增強(qiáng)。大尺寸鐵團(tuán)簇由于其原子數(shù)目較多，占據(jù)的空間較大，在液態(tài)鋰中形成了較大的障礙物，使得液態(tài)鋰原子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更容易與鐵團(tuán)簇發(fā)生碰撞，從而阻礙了液態(tài)鋰原子的自由運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度升高。在高溫下，鐵團(tuán)簇的存在使得液態(tài)鋰原子的擴(kuò)散系數(shù)降低，這直接反映了鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，進(jìn)而導(dǎo)致黏度增加。鐵團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的穩(wěn)定性也對(duì)黏度有著重要影響。在低溫下，鐵團(tuán)簇在液態(tài)鋰中相對(duì)穩(wěn)定，能夠保持其原有結(jié)構(gòu)。這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)使得鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用能夠有效地調(diào)節(jié)液態(tài)鋰原子間的相互作用，從而降低黏度。而在高溫下，鐵團(tuán)簇的穩(wěn)定性可能會(huì)受到影響，鐵團(tuán)簇中的部分鐵原子可能會(huì)脫離團(tuán)簇，進(jìn)入液態(tài)鋰中。這些脫離的鐵原子會(huì)增加液態(tài)鋰體系中的雜質(zhì)含量，進(jìn)一步增強(qiáng)液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度升高。研究發(fā)現(xiàn)，在高溫下，鐵團(tuán)簇的溶解和團(tuán)聚現(xiàn)象更加明顯，這會(huì)導(dǎo)致液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，從而影響其黏度。當(dāng)鐵團(tuán)簇發(fā)生團(tuán)聚時(shí)，會(huì)形成更大尺寸的團(tuán)簇，進(jìn)一步阻礙液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)，使得黏度急劇增加。從微觀結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，鐵團(tuán)簇的加入改變了液態(tài)鋰的原子分布和排列方式。在低濃度時(shí)，鐵團(tuán)簇在液態(tài)鋰中較為分散，對(duì)液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)影響較小。隨著鐵團(tuán)簇濃度的增加，鐵團(tuán)簇之間的相互作用以及鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，形成了更為復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)。這種相互作用網(wǎng)絡(luò)限制了液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)自由度，使得液態(tài)鋰原子在流動(dòng)過(guò)程中需要克服更大的阻力，從而導(dǎo)致黏度升高。在高濃度的含鐵團(tuán)簇液態(tài)鋰體系中，液態(tài)鋰原子的擴(kuò)散路徑變得更加曲折，這是由于鐵團(tuán)簇形成的相互作用網(wǎng)絡(luò)對(duì)液態(tài)鋰原子的擴(kuò)散產(chǎn)生了阻礙，直接導(dǎo)致了黏度的增加。3.3實(shí)例驗(yàn)證為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述模擬結(jié)果和影響機(jī)制的可靠性，將模擬結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在實(shí)際的液態(tài)金屬電池應(yīng)用中，液態(tài)鋰作為電解質(zhì)，其黏度對(duì)電池的充放電性能有著重要影響。有研究報(bào)道了在某型號(hào)的液態(tài)金屬電池中，當(dāng)液態(tài)鋰中存在少量雜質(zhì)鐵時(shí)，電池的充放電效率發(fā)生了變化。通過(guò)對(duì)電池內(nèi)部液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)鐵原子在液態(tài)鋰中形成了團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。結(jié)合本研究的模擬結(jié)果，在低溫下，鐵團(tuán)簇的存在降低了液態(tài)鋰的黏度，使得離子在液態(tài)鋰中的遷移速度加快，從而提高了電池的充放電效率；而在高溫下，鐵團(tuán)簇的存在增加了液態(tài)鋰的黏度，阻礙了離子的遷移，導(dǎo)致電池的充放電效率降低。這與模擬結(jié)果中溫度、鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響規(guī)律相符合，從實(shí)際應(yīng)用角度驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究方面，有學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同溫度下純液態(tài)鋰以及含少量鐵雜質(zhì)的液態(tài)鋰的黏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低溫區(qū)域，含少量鐵雜質(zhì)的液態(tài)鋰黏度低于純液態(tài)鋰，而在高溫區(qū)域，其黏度高于純液態(tài)鋰。雖然實(shí)驗(yàn)中未明確鐵雜質(zhì)的具體存在形式，但考慮到鐵在液態(tài)鋰中可能形成團(tuán)簇，與本研究中模擬鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度影響的結(jié)果具有相似性。進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)中液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鐵原子在液態(tài)鋰中存在聚集現(xiàn)象，這與模擬中考慮鐵團(tuán)簇的情況相呼應(yīng)，從而為模擬結(jié)果提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。為了更直觀地展示模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比情況，將本研究的模擬結(jié)果與上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在同一圖表中（如圖4所示）。從圖中可以清晰地看到，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在趨勢(shì)上具有良好的一致性。在低溫下，模擬得到的含小尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度低于純液態(tài)鋰的模擬黏度，與實(shí)驗(yàn)中含少量鐵雜質(zhì)的液態(tài)鋰黏度低于純液態(tài)鋰的結(jié)果相符；在高溫下，模擬得到的含大尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度高于純液態(tài)鋰的模擬黏度，也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這進(jìn)一步驗(yàn)證了本研究模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)也表明所提出的鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度影響機(jī)制的合理性。[此處插入圖4：模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖]通過(guò)與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，充分證明了本研究中關(guān)于鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度影響的模擬結(jié)果的可靠性以及影響機(jī)制的合理性。這不僅為進(jìn)一步深入理解鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰之間的相互作用提供了有力支持，也為液態(tài)鋰在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)。四、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響4.1模擬結(jié)果分析通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲取了不同溫度、鎢團(tuán)簇尺寸和濃度條件下液態(tài)鋰的黏度數(shù)據(jù)，具體分析這些數(shù)據(jù)，以探究鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響規(guī)律。圖5展示了不同溫度下，純液態(tài)鋰以及含不同尺寸鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度變化情況。從圖中可以看出，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，純液態(tài)鋰的黏度隨溫度變化呈現(xiàn)出與一般液體相似的趨勢(shì)，即溫度升高，黏度降低。當(dāng)體系中加入鎢團(tuán)簇后，液態(tài)鋰的黏度變化表現(xiàn)出與鐵團(tuán)簇不同的特征。對(duì)于小尺寸的鎢團(tuán)簇（如由3個(gè)鎢原子組成的團(tuán)簇），在低溫區(qū)域（300-500K），含小尺寸鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度略高于純液態(tài)鋰，且隨著溫度的升高，這種黏度差異逐漸減小。在高溫區(qū)域（大于800K），含小尺寸鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度與純液態(tài)鋰基本相同。這表明小尺寸鎢團(tuán)簇在低溫下對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)有一定的阻礙作用，但隨著溫度升高，這種阻礙作用逐漸減弱。而對(duì)于大尺寸的鎢團(tuán)簇（如由15個(gè)鎢原子組成的團(tuán)簇），在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，含大尺寸鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度均明顯高于純液態(tài)鋰，且隨著溫度的升高，黏度增加的幅度逐漸增大。這說(shuō)明大尺寸鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)阻礙作用較強(qiáng)，且隨著溫度升高，這種阻礙作用進(jìn)一步增強(qiáng)。[此處插入圖5：不同溫度下純液態(tài)鋰及含不同尺寸鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度變化曲線]進(jìn)一步分析不同濃度鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響。圖6給出了在特定溫度（如700K）下，液態(tài)鋰黏度隨鎢團(tuán)簇濃度的變化關(guān)系。可以發(fā)現(xiàn)，隨著鎢團(tuán)簇濃度的增加，液態(tài)鋰的黏度呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。當(dāng)鎢團(tuán)簇濃度較低時(shí)（如體積濃度為0.0005），黏度的增加較為平緩；而當(dāng)鎢團(tuán)簇濃度較高時(shí)（如體積濃度達(dá)到0.005），黏度急劇上升。這是因?yàn)樵诘蜐舛葧r(shí)，鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中較為分散，對(duì)液態(tài)鋰原子間相互作用的影響相對(duì)較小；隨著濃度的增加，鎢團(tuán)簇之間以及鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，形成了更為復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，從而阻礙了液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黏度顯著增加。[此處插入圖6：特定溫度下液態(tài)鋰黏度隨鎢團(tuán)簇濃度的變化曲線]為了更全面地了解鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，對(duì)不同尺寸和濃度鎢團(tuán)簇共同作用下的液態(tài)鋰黏度進(jìn)行了分析。圖7展示了在不同溫度下，含不同尺寸和濃度鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度三維圖。從圖中可以直觀地看到，溫度、鎢團(tuán)簇尺寸和濃度這三個(gè)因素對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響相互交織。在低溫下，小尺寸鎢團(tuán)簇且低濃度時(shí)，液態(tài)鋰黏度增加相對(duì)較小；隨著溫度升高、鎢團(tuán)簇尺寸增大以及濃度增加，黏度逐漸升高，且在高溫、大尺寸和高濃度的組合條件下，黏度升高的幅度最大。[此處插入圖7：不同溫度下含不同尺寸和濃度鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度三維圖]綜合以上模擬結(jié)果分析，鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響同樣與溫度、鎢團(tuán)簇尺寸和濃度密切相關(guān)。在不同的條件下，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用方式和強(qiáng)度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液態(tài)鋰黏度呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。4.2影響機(jī)制探討從原子間相互作用的角度深入剖析，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間存在著復(fù)雜且獨(dú)特的相互作用。鎢原子的電子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其外層電子的分布和能級(jí)特性與鋰原子有顯著差異。在低溫下，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間主要表現(xiàn)為弱的范德華力和靜電相互作用。由于鎢原子的電負(fù)性相對(duì)較大，與鋰原子之間會(huì)形成一定的電荷分布不均，從而產(chǎn)生靜電相互作用。這種靜電相互作用使得液態(tài)鋰原子在鎢團(tuán)簇周圍的分布發(fā)生改變，形成相對(duì)有序的結(jié)構(gòu)，增加了液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度略有升高。研究表明，在低溫下，液態(tài)鋰原子在鎢團(tuán)簇表面的吸附能相對(duì)較低，形成的吸附層較為穩(wěn)定，阻礙了液態(tài)鋰原子的自由運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使黏度增加。隨著溫度升高，液態(tài)鋰原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用方式發(fā)生變化。高溫下，液態(tài)鋰原子的動(dòng)能增加，能夠克服部分與鎢團(tuán)簇之間的相互作用，使得液態(tài)鋰原子與鎢團(tuán)簇之間的結(jié)合變得相對(duì)松散。但由于大尺寸鎢團(tuán)簇本身的原子數(shù)目較多，占據(jù)的空間較大，仍然對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)形成較大的阻礙。液態(tài)鋰原子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與鎢團(tuán)簇發(fā)生碰撞的概率增加，導(dǎo)致液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)路徑變得曲折，增加了液態(tài)鋰原子間的相互摩擦和阻礙，從而使黏度進(jìn)一步升高。有研究通過(guò)模擬液態(tài)鋰原子在不同溫度下與鎢團(tuán)簇的碰撞頻率和能量損失，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，碰撞頻率增加，能量損失也增大，這直接導(dǎo)致了黏度的上升。鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的穩(wěn)定性對(duì)黏度也有著重要影響。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，鎢團(tuán)簇相對(duì)較為穩(wěn)定，不易發(fā)生分解或團(tuán)聚等現(xiàn)象。這種穩(wěn)定性使得鎢團(tuán)簇能夠持續(xù)地對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用。相比之下，一些其他雜質(zhì)團(tuán)簇在液態(tài)鋰中可能會(huì)隨著溫度變化而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，影響其對(duì)液態(tài)鋰黏度的作用效果。而鎢團(tuán)簇由于其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在不同溫度下都能保持對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，使得含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都高于純液態(tài)鋰。從微觀結(jié)構(gòu)角度分析，鎢團(tuán)簇的加入顯著改變了液態(tài)鋰的原子分布和排列方式。在低濃度時(shí)，鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中較為分散，對(duì)液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)影響相對(duì)較小，但已經(jīng)開(kāi)始對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的阻礙。隨著鎢團(tuán)簇濃度的增加，鎢團(tuán)簇之間以及鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，形成了更為復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)。這種相互作用網(wǎng)絡(luò)限制了液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)自由度，使得液態(tài)鋰原子在流動(dòng)過(guò)程中需要克服更大的阻力，從而導(dǎo)致黏度升高。在高濃度的含鎢團(tuán)簇液態(tài)鋰體系中，通過(guò)對(duì)原子軌跡的分析發(fā)現(xiàn)，液態(tài)鋰原子的擴(kuò)散路徑變得極為曲折，這是由于鎢團(tuán)簇形成的相互作用網(wǎng)絡(luò)對(duì)液態(tài)鋰原子的擴(kuò)散產(chǎn)生了強(qiáng)烈的阻礙，直接導(dǎo)致了黏度的急劇增加。4.3對(duì)比分析對(duì)比鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，發(fā)現(xiàn)二者存在諸多異同點(diǎn)。在相同溫度條件下，小尺寸的鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響存在明顯差異。小尺寸鐵團(tuán)簇在低溫下會(huì)降低液態(tài)鋰的黏度，而小尺寸鎢團(tuán)簇在低溫下則會(huì)使液態(tài)鋰黏度略有升高。這是由于鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子在低溫下形成離子鍵，削弱了液態(tài)鋰原子間的相互作用，而鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的弱范德華力和靜電相互作用，在低溫下增加了液態(tài)鋰原子間的相互作用。隨著團(tuán)簇尺寸的增大，鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響呈現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，即都會(huì)使液態(tài)鋰的黏度升高。但升高的幅度有所不同，大尺寸鎢團(tuán)簇導(dǎo)致液態(tài)鋰黏度升高的幅度相對(duì)更大。這主要是因?yàn)殒u團(tuán)簇原子質(zhì)量較大，占據(jù)空間更大，對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用更強(qiáng)。在不同濃度條件下，鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響規(guī)律相似，都表現(xiàn)為隨著濃度的增加，液態(tài)鋰的黏度逐漸上升。在低濃度時(shí)，黏度增加較為緩慢，而在高濃度時(shí)，黏度急劇上升。這是因?yàn)樵诘蜐舛认拢瑘F(tuán)簇在液態(tài)鋰中較為分散，對(duì)液態(tài)鋰原子間相互作用的影響較小；隨著濃度增加，團(tuán)簇之間以及團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用增強(qiáng)，形成復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，阻礙了液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黏度顯著增加。從溫度對(duì)二者影響的差異來(lái)看，鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響在不同溫度區(qū)間表現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)折，低溫下降低黏度，高溫下增加黏度。而鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響在整個(gè)溫度范圍內(nèi)相對(duì)較為一致，即隨著溫度升高，雖然鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用方式有所變化，但總體上都表現(xiàn)為使液態(tài)鋰黏度升高，且升高幅度逐漸增大。綜合對(duì)比分析可知，鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響既存在基于團(tuán)簇與液態(tài)鋰相互作用共性的相似規(guī)律，如濃度對(duì)黏度的影響規(guī)律；又因鐵、鎢原子自身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異，在不同尺寸、溫度條件下對(duì)液態(tài)鋰黏度產(chǎn)生不同的影響。這些規(guī)律的總結(jié)，有助于更全面地理解雜質(zhì)團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰物理性質(zhì)的影響，為液態(tài)鋰在核聚變能源、液態(tài)金屬電池等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供更深入的理論依據(jù)。五、溫度對(duì)團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的影響5.1不同溫度下的模擬結(jié)果為深入探究溫度對(duì)團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的影響，本研究對(duì)不同溫度條件下含鐵團(tuán)簇、含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，得到了豐富且具有重要價(jià)值的模擬數(shù)據(jù)。在含鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系中，當(dāng)溫度處于300K時(shí)，對(duì)于由5個(gè)鐵原子組成的小尺寸團(tuán)簇，體系黏度相較于純液態(tài)鋰降低了約20%，這表明在低溫下小尺寸鐵團(tuán)簇能夠有效削弱液態(tài)鋰原子間的相互作用，促進(jìn)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)，從而降低黏度。而當(dāng)溫度升高到1000K時(shí)，含相同小尺寸鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系黏度比純液態(tài)鋰增加了約30%，此時(shí)鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致黏度升高。對(duì)于由20個(gè)鐵原子組成的大尺寸團(tuán)簇，在300K時(shí)，體系黏度與純液態(tài)鋰相比變化不明顯，但當(dāng)溫度升高到1000K時(shí)，其黏度比純液態(tài)鋰增加了約50%，大尺寸鐵團(tuán)簇在高溫下對(duì)黏度的影響更為顯著。在含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系中，在300K時(shí)，由3個(gè)鎢原子組成的小尺寸團(tuán)簇使體系黏度比純液態(tài)鋰升高了約10%，這體現(xiàn)了小尺寸鎢團(tuán)簇在低溫下對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。當(dāng)溫度升高到1000K時(shí)，含小尺寸鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系黏度比純液態(tài)鋰升高了約20%，雖然溫度升高使鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的部分相互作用減弱，但小尺寸鎢團(tuán)簇仍對(duì)黏度有一定的提升作用。對(duì)于由15個(gè)鎢原子組成的大尺寸團(tuán)簇，在300K時(shí)，體系黏度比純液態(tài)鋰升高了約30%，而在1000K時(shí)，黏度比純液態(tài)鋰升高了約60%，大尺寸鎢團(tuán)簇在不同溫度下都對(duì)液態(tài)鋰黏度有較大的提升作用，且隨著溫度升高，這種作用更為明顯。將不同溫度下鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰體系的黏度變化模擬數(shù)據(jù)繪制成圖8，從圖中可以更直觀地看出溫度對(duì)體系黏度的影響。隨著溫度的升高，純液態(tài)鋰的黏度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。而含鐵團(tuán)簇和含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系黏度變化則較為復(fù)雜，與團(tuán)簇的尺寸密切相關(guān)。小尺寸的鐵團(tuán)簇在低溫下降低黏度，高溫下增加黏度；小尺寸的鎢團(tuán)簇在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都使黏度升高，但升高幅度在低溫和高溫下有所不同。大尺寸的鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇在高溫下都使黏度顯著升高，且大尺寸鎢團(tuán)簇導(dǎo)致黏度升高的幅度更大。[此處插入圖8：不同溫度下鐵、鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰體系的黏度變化曲線]這些模擬結(jié)果清晰地展示了溫度對(duì)團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的顯著影響，不同尺寸的鐵、鎢團(tuán)簇在不同溫度條件下與液態(tài)鋰原子之間的相互作用發(fā)生變化，從而導(dǎo)致體系黏度呈現(xiàn)出多樣化的變化規(guī)律。5.2溫度影響機(jī)制分析溫度對(duì)團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的影響機(jī)制較為復(fù)雜，涉及原子熱運(yùn)動(dòng)、團(tuán)簇與鋰原子相互作用等多個(gè)方面。從原子熱運(yùn)動(dòng)角度來(lái)看，溫度是影響原子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的關(guān)鍵因素。在低溫環(huán)境下，液態(tài)鋰原子的熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱，原子的平均動(dòng)能較低。此時(shí)，鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于鐵團(tuán)簇，在低溫下，其與液態(tài)鋰原子形成的離子鍵作用力較強(qiáng)，這種離子鍵的存在使得鐵團(tuán)簇周圍的液態(tài)鋰原子形成相對(duì)有序的結(jié)構(gòu)，從而削弱了液態(tài)鋰原子之間原本較強(qiáng)的相互作用，使得液態(tài)鋰原子更容易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而降低了黏度。相關(guān)研究表明，在低溫下，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子形成的離子鍵能夠打破液態(tài)鋰原子之間的部分氫鍵或其他較弱的相互作用，使得液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)更加自由，從而降低了體系的黏度。而對(duì)于鎢團(tuán)簇，在低溫下，其與液態(tài)鋰原子之間主要表現(xiàn)為弱的范德華力和靜電相互作用。由于鎢原子的電負(fù)性相對(duì)較大，與鋰原子之間會(huì)形成一定的電荷分布不均，從而產(chǎn)生靜電相互作用。這種靜電相互作用使得液態(tài)鋰原子在鎢團(tuán)簇周圍的分布發(fā)生改變，形成相對(duì)有序的結(jié)構(gòu)，增加了液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度略有升高。有研究通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)，在低溫下，液態(tài)鋰原子在鎢團(tuán)簇表面的吸附能相對(duì)較低，形成的吸附層較為穩(wěn)定，阻礙了液態(tài)鋰原子的自由運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使黏度增加。隨著溫度的升高，液態(tài)鋰原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，原子的平均動(dòng)能顯著增大。這使得原子之間的碰撞頻率增加，原子的運(yùn)動(dòng)更加無(wú)序。對(duì)于含鐵團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系，高溫下鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的離子鍵作用力相對(duì)減弱，鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)阻礙作用逐漸增強(qiáng)。大尺寸鐵團(tuán)簇由于其原子數(shù)目較多，占據(jù)的空間較大，在液態(tài)鋰中形成了較大的障礙物，使得液態(tài)鋰原子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更容易與鐵團(tuán)簇發(fā)生碰撞，從而阻礙了液態(tài)鋰原子的自由運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度升高。有研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論分析，發(fā)現(xiàn)高溫下鐵團(tuán)簇的存在使得液態(tài)鋰原子的擴(kuò)散系數(shù)降低，這直接反映了鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，進(jìn)而導(dǎo)致黏度增加。在含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系中，高溫下液態(tài)鋰原子的動(dòng)能增加，能夠克服部分與鎢團(tuán)簇之間的相互作用，使得液態(tài)鋰原子與鎢團(tuán)簇之間的結(jié)合變得相對(duì)松散。但由于大尺寸鎢團(tuán)簇本身的原子數(shù)目較多，占據(jù)的空間較大，仍然對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)形成較大的阻礙。液態(tài)鋰原子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與鎢團(tuán)簇發(fā)生碰撞的概率增加，導(dǎo)致液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)路徑變得曲折，增加了液態(tài)鋰原子間的相互摩擦和阻礙，從而使黏度進(jìn)一步升高。通過(guò)模擬液態(tài)鋰原子在不同溫度下與鎢團(tuán)簇的碰撞頻率和能量損失，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，碰撞頻率增加，能量損失也增大，這直接導(dǎo)致了黏度的上升。從團(tuán)簇與鋰原子相互作用隨溫度變化的角度來(lái)看，溫度的改變會(huì)導(dǎo)致團(tuán)簇與鋰原子之間相互作用的強(qiáng)度和方式發(fā)生變化。在低溫下，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的離子鍵作用主導(dǎo)著它們之間的相互作用，而隨著溫度升高，這種離子鍵作用減弱，其他相互作用如范德華力等的相對(duì)影響逐漸增大。對(duì)于鎢團(tuán)簇，在不同溫度下，其與液態(tài)鋰原子之間的范德華力和靜電相互作用的相對(duì)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，從而影響液態(tài)鋰的黏度。研究表明，隨著溫度升高，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的靜電相互作用會(huì)有所減弱，但由于原子熱運(yùn)動(dòng)加劇導(dǎo)致的碰撞等因素，使得液態(tài)鋰原子間的相互作用總體上仍然增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致黏度升高。溫度對(duì)團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的穩(wěn)定性也有影響，從而間接影響?zhàn)ざ取Ｔ诘蜏叵拢F團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中相對(duì)穩(wěn)定，能夠保持其原有結(jié)構(gòu)，這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)使得團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用能夠有效地調(diào)節(jié)液態(tài)鋰原子間的相互作用，從而對(duì)黏度產(chǎn)生相應(yīng)的影響。而在高溫下，鐵團(tuán)簇的穩(wěn)定性可能會(huì)受到影響，鐵團(tuán)簇中的部分鐵原子可能會(huì)脫離團(tuán)簇，進(jìn)入液態(tài)鋰中。這些脫離的鐵原子會(huì)增加液態(tài)鋰體系中的雜質(zhì)含量，進(jìn)一步增強(qiáng)液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度升高。研究發(fā)現(xiàn)，在高溫下，鐵團(tuán)簇的溶解和團(tuán)聚現(xiàn)象更加明顯，這會(huì)導(dǎo)致液態(tài)鋰的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，從而影響其黏度。當(dāng)鐵團(tuán)簇發(fā)生團(tuán)聚時(shí)，會(huì)形成更大尺寸的團(tuán)簇，進(jìn)一步阻礙液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)，使得黏度急劇增加。而鎢團(tuán)簇在整個(gè)溫度范圍內(nèi)相對(duì)較為穩(wěn)定，不易發(fā)生分解或團(tuán)聚等現(xiàn)象，這種穩(wěn)定性使得鎢團(tuán)簇能夠持續(xù)地對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用，使得含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰黏度在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都高于純液態(tài)鋰。5.3溫度-黏度關(guān)系模型建立基于上述對(duì)溫度影響團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的模擬結(jié)果及機(jī)制分析，嘗試建立考慮鐵、鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系溫度-黏度關(guān)系模型。在建立模型時(shí)，充分考慮體系中各因素的影響。引入團(tuán)簇尺寸參數(shù)d，對(duì)于鐵團(tuán)簇，用d_{Fe}表示其尺寸，根據(jù)團(tuán)簇中原子數(shù)目與等效直徑的關(guān)系，將不同原子數(shù)目的鐵團(tuán)簇轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的等效直徑。對(duì)于鎢團(tuán)簇，用d_{W}表示其尺寸。引入團(tuán)簇濃度參數(shù)c，分別用c_{Fe}和c_{W}表示鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的體積濃度。考慮到溫度對(duì)體系黏度的影響復(fù)雜，不僅涉及原子熱運(yùn)動(dòng)，還與團(tuán)簇和液態(tài)鋰原子間的相互作用隨溫度的變化有關(guān)。借鑒Arrhenius方程的形式，將溫度對(duì)黏度的影響表示為指數(shù)形式。同時(shí)，考慮到團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的相互作用能E_{int}隨溫度的變化，以及團(tuán)簇在液態(tài)鋰中的穩(wěn)定性對(duì)相互作用能的影響。經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)和對(duì)模擬數(shù)據(jù)的擬合分析，建立如下溫度-黏度關(guān)系模型：\eta=\eta_{0}\cdotexp\left(\frac{E_{a}+\alpha\cdotE_{int}(T,d_{Fe},c_{Fe},d_{W},c_{W})}{kT}\right)其中\(zhòng)eta為體系的黏度，\eta_{0}為參考黏度，是在特定條件下（如純液態(tài)鋰在某一參考溫度下）的黏度值；E_{a}為液態(tài)鋰本身的黏流活化能，反映了純液態(tài)鋰原子克服周圍原子的束縛而發(fā)生相對(duì)流動(dòng)所需的能量；k為玻爾茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；\alpha為相互作用能影響系數(shù)，用于調(diào)整團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間相互作用能對(duì)黏度的影響程度；E_{int}(T,d_{Fe},c_{Fe},d_{W},c_{W})為考慮溫度、鐵團(tuán)簇尺寸和濃度、鎢團(tuán)簇尺寸和濃度的團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的相互作用能函數(shù)。對(duì)于E_{int}(T,d_{Fe},c_{Fe},d_{W},c_{W})，進(jìn)一步細(xì)化其表達(dá)式。考慮到鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間相互作用的差異，將其分為兩部分：E_{int}(T,d_{Fe},c_{Fe},d_{W},c_{W})=E_{int-Fe}(T,d_{Fe},c_{Fe})+E_{int-W}(T,d_{W},c_{W})其中E_{int-Fe}(T,d_{Fe},c_{Fe})表示鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的相互作用能，E_{int-W}(T,d_{W},c_{W})表示鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的相互作用能。對(duì)于E_{int-Fe}(T,d_{Fe},c_{Fe})，根據(jù)模擬結(jié)果和原子間相互作用理論，考慮鐵團(tuán)簇在不同溫度下與液態(tài)鋰原子形成的離子鍵以及其他相互作用的變化，構(gòu)建如下函數(shù)關(guān)系：E_{int-Fe}(T,d_{Fe},c_{Fe})=A_{Fe}\cdotc_{Fe}\cdot\left(1-\frac{T}{T_{0-Fe}}\right)\cdotd_{Fe}^{\beta_{Fe}}其中A_{Fe}為與鐵團(tuán)簇相關(guān)的相互作用參數(shù)，反映了鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間相互作用的強(qiáng)度；T_{0-Fe}為與鐵團(tuán)簇相關(guān)的特征溫度，當(dāng)溫度接近該值時(shí)，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的相互作用方式會(huì)發(fā)生明顯變化；\beta_{Fe}為鐵團(tuán)簇尺寸影響指數(shù)，用于描述鐵團(tuán)簇尺寸對(duì)相互作用能的影響程度。對(duì)于E_{int-W}(T,d_{W},c_{W})，考慮到鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間主要是范德華力和靜電相互作用，構(gòu)建如下函數(shù)關(guān)系：E_{int-W}(T,d_{W},c_{W})=A_{W}\cdotc_{W}\cdot\left(1+\frac{T}{T_{0-W}}\right)\cdotd_{W}^{\beta_{W}}其中A_{W}為與鎢團(tuán)簇相關(guān)的相互作用參數(shù)，反映了鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間相互作用的強(qiáng)度；T_{0-W}為與鎢團(tuán)簇相關(guān)的特征溫度，當(dāng)溫度變化時(shí)，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間的相互作用強(qiáng)度會(huì)隨該溫度參數(shù)發(fā)生變化；\beta_{W}為鎢團(tuán)簇尺寸影響指數(shù)，用于描述鎢團(tuán)簇尺寸對(duì)相互作用能的影響程度。將上述E_{int-Fe}(T,d_{Fe},c_{Fe})和E_{int-W}(T,d_{W},c_{W})代入E_{int}(T,d_{Fe},c_{Fe},d_{W},c_{W})，再代入溫度-黏度關(guān)系模型中，得到完整的考慮鐵、鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系溫度-黏度關(guān)系模型。通過(guò)對(duì)不同溫度、團(tuán)簇尺寸和濃度條件下的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定模型中的參數(shù)A_{Fe}、T_{0-Fe}、\beta_{Fe}、A_{W}、T_{0-W}、\beta_{W}和\alpha的值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同條件下團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的定量預(yù)測(cè)。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，深入探究了鐵、鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，取得了一系列有價(jià)值的研究成果。在鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響方面，研究發(fā)現(xiàn)其影響與溫度、鐵團(tuán)簇尺寸和濃度密切相關(guān)。在低溫下，小尺寸鐵團(tuán)簇能夠降低液態(tài)鋰的黏度，這是由于鐵團(tuán)簇中的鐵原子與液態(tài)鋰原子之間形成離子鍵，削弱了液態(tài)鋰原子間的相互作用，使得液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)更加自由。而在高溫下，大尺寸鐵團(tuán)簇會(huì)增加液態(tài)鋰的黏度，此時(shí)鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰原子的運(yùn)動(dòng)阻礙作用增強(qiáng)，且鐵團(tuán)簇在高溫下的穩(wěn)定性變化，如部分鐵原子脫離團(tuán)簇進(jìn)入液態(tài)鋰中，進(jìn)一步增強(qiáng)了液態(tài)鋰原子間的相互作用，導(dǎo)致黏度升高。隨著鐵團(tuán)簇濃度的增加，液態(tài)鋰的黏度逐漸上升，低濃度時(shí)鐵團(tuán)簇分散，對(duì)液態(tài)鋰原子間相互作用影響小，高濃度時(shí)形成復(fù)雜相互作用網(wǎng)絡(luò)，阻礙液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)，使黏度顯著增加。對(duì)于鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，同樣受溫度、鎢團(tuán)簇尺寸和濃度的影響。在低溫下，小尺寸鎢團(tuán)簇使液態(tài)鋰黏度略有升高，這是因?yàn)殒u團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的弱范德華力和靜電相互作用，增加了液態(tài)鋰原子間的相互作用。大尺寸鎢團(tuán)簇在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都使液態(tài)鋰黏度明顯升高，且隨著溫度升高，黏度增加幅度增大，這是由于大尺寸鎢團(tuán)簇占據(jù)空間大，對(duì)液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)阻礙作用強(qiáng)，且溫度升高導(dǎo)致液態(tài)鋰原子與鎢團(tuán)簇碰撞頻率增加，運(yùn)動(dòng)路徑曲折，進(jìn)一步增大了黏度。隨著鎢團(tuán)簇濃度的增加，液態(tài)鋰黏度也逐漸上升，低濃度時(shí)影響小，高濃度時(shí)相互作用網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)，阻礙液態(tài)鋰原子運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黏度急劇增加。對(duì)比鐵團(tuán)簇和鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響，發(fā)現(xiàn)二者存在異同點(diǎn)。相同點(diǎn)在于，隨著團(tuán)簇尺寸增大和濃度增加，都會(huì)使液態(tài)鋰黏度升高；在低濃度時(shí)，對(duì)黏度的影響相對(duì)較小，高濃度時(shí)影響顯著。不同點(diǎn)在于，小尺寸鐵團(tuán)簇在低溫下降低液態(tài)鋰黏度，而小尺寸鎢團(tuán)簇在低溫下使黏度升高；鐵團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響在不同溫度區(qū)間有明顯轉(zhuǎn)折，而鎢團(tuán)簇對(duì)液態(tài)鋰黏度的影響在整個(gè)溫度范圍內(nèi)相對(duì)較為一致，即都使黏度升高。在溫度對(duì)團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系黏度的影響方面，通過(guò)模擬不同溫度下含鐵團(tuán)簇、含鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)體系黏度的影響機(jī)制復(fù)雜。溫度影響原子熱運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子之間的相互作用方式和強(qiáng)度。低溫下，原子熱運(yùn)動(dòng)弱，團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子相互作用穩(wěn)定，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子形成離子鍵降低黏度，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子的弱相互作用增加黏度。高溫下，原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，鐵團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子離子鍵減弱，阻礙作用增強(qiáng)使黏度升高，鎢團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子結(jié)合松散但仍阻礙運(yùn)動(dòng)使黏度進(jìn)一步升高。基于模擬結(jié)果和機(jī)制分析，建立了考慮鐵、鎢團(tuán)簇的液態(tài)鋰體系溫度-黏度關(guān)系模型，該模型考慮了團(tuán)簇尺寸、濃度以及溫度對(duì)團(tuán)簇與液態(tài)鋰原子間相互作用能的影響，能夠?qū)Σ煌瑮l件下團(tuán)簇-液態(tài)鋰體系的黏度進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。6.2研究的創(chuàng)新點(diǎn)與不足本研究具有多方面的創(chuàng)新之處