Structure-correlated diffusion anisotropy in nanoporous channel networks by Monte Carlo simulations and percolation theory
Structure-correlated diffusion anisotropy in nanoporous channel networks by Monte Carlo simulations and percolation theory
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通过蒙特卡罗模拟和渗透理论研究纳米多孔通道网络中结构相关的扩散各向异性
DOI：
10.1140/epjb/e2017-80145-1
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
A. Bunde
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
D. Kondrashova;R. Valiullin;J. Kärger;A. Bunde
纳米多孔硅由嵌套在硅基体上的管状孔组成，在技术上有许多应用，并为研究约束条件下的相变提供了一个有用的模型体系。最近，这些材料的传质模型已经被详细阐述[Kondrashova et al., Sci。rep . 7,40207(2017)]，它假设相邻的通道可以通过“桥”（使用probabilypbridge）连接，这允许垂直于通道的扩散。沿着通道，扩散可以通过“颈部”减慢，这种“颈部”以概率型颈部的形式出现。在本文中，我们使用蒙特卡罗模拟来研究沿通道和垂直于通道的扩散，作为桥颈的函数，并发现纵向和径向扩散系数之间存在显著的相关性。为了阐明由桥的浓度决定的径向扩散系数，我们应用了渗流理论。我们解析地确定了桥的临界浓度如何取决于系统的大小，并表明它在热力学极限下接近零。我们的分析表明，该模型的关键性质，包括径向扩散率，属于二维晶格渗流的普适类，我们的数值研究证实了这一点。
Nanoporous silicon consisting of tubular pores imbedded in a silicon matrix has found many technological applications and provides a useful model system for studying phase transitions under confinement. Recently, a model for mass transfer in these materials has been elaborated [Kondrashova et al., Sci. Rep.7, 40207 (2017)], which assumes that adjacent channels can be connected by “bridges” (with probabilitypbridge) which allows diffusion perpendicular to the channels. Along the channels, diffusion can be slowed down by “necks” which occur with probabilitypneck. In this paper we use Monte-Carlo simulations to study diffusion along the channels and perpendicular to them, as a function ofpbridgeandpneck, and find remarkable correlations between the diffusivities in longitudinal and radial directions. For clarifying the diffusivity in radial direction, which is governed by the concentration of bridges, we applied percolation theory. We determine analytically how the critical concentration of bridges depends on the size of the system and show that it approaches zero in the thermodynamic limit. Our analysis suggests that the critical properties of the model, including the diffusivity in radial direction, are in the universality class of two-dimensional lattice percolation, which is confirmed by our numerical study.
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纳米多孔硅中的比例依赖性扩散各向异性。
影响因子：
4.6
作者：
Kondrashova D;Lauerer A;Mehlhorn D;Jobic H;Feldhoff A;Thommes M;Chakraborty D;Gommes C;Zecevic J;de Jongh P;Bunde A;Kärger J;Valiullin R
通讯作者：
Valiullin R
了解多孔硅中的毛细管冷凝和滞后：独立孔隙内的网络效应。
DOI：
--
发表时间：
2008
期刊：
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影响因子：
--
作者：
S. Naumov;A. Khokhlov;R. Valiullin;J. Kärger;P. A. Monson
通讯作者：
P. A. Monson
相关各向异性扩散中的记忆效应
DOI：
--
发表时间：
2003
期刊：
影响因子：
--
作者：
S. Fritzsche;J. Kärger
通讯作者：
J. Kärger
硅纳米管中直链正构烷烃的取向排序。
DOI：
--
发表时间：
2006
期刊：
Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics
影响因子：
--
作者：
R. Valiullin;A. Khokhlov
通讯作者：
A. Khokhlov
通过化学处理将介孔硅的孔壁形态从分支状调整为光滑管状
DOI：
--
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
--
作者：
Pushpendra Kumar;T. Hofmann;K. Knorr;P. Huber;P. Scheib;P. Lemmens
通讯作者：
P. Lemmens