Polymer(Korea) (폴리머)

The Polymer Society of Korea (한국고분자학회)
권호 표지

Molecular Simulation Studies for Penetrable-Sphere Model : I. Equation of State

침투성 구형 모델에 관한 분자 전산 연구: I. 상태 방정식

  • Kim, Chun-Ho (Department of Chemical Engineering, Keimyung University) ;
  • Suh, Soong-Hyuck (Department of Chemical Engineering, Keimyung University)
  • 김춘호 (계명대학교 화학공학과) ;
  • 서숭혁 (계명대학교 화학공학과)
  • Received : 2011.01.27
  • Accepted : 2011.03.07
  • Published : 2011.07.25
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Molecular simulations via the molecular dynamics method have been carried out to an equation of state of penetrable-sphere model fluids over a wide range of packing fraction ${\phi}$ and finite repulsive energy ${\varepsilon}^*$. The resulting simulation data are compared to theoretical predictions from the two limiting cases of high- and low-penetrability approximations available in the literature. A good agreement between theoretical and simulation results is observed ill the case of ${\varepsilon}^*$ <3.0. However, for the highly repulsive energy systems of ${\varepsilon}^*{\geqq}3.0$, where the potential energy barrier is more than two times higher than the particle kinetic energy, a poor agreement is found due to the clustering formation and the non-continuum size effects in the dense systems of ${\phi}{\geqq}0.7$ and ${\varepsilon}^*$=6.0.

침투 가능한 수형 모델 유체의 방정식을 고찰하는 다양한 범위의 입자 충전 분을 ${\phi}$ 및 척력적 에너지 상수 ${\varepsilon}^*$에 대하여 분자 동력학 방법을 이용한 전산 모사를 수행하였다. 전산 모사로부터 얻어진 결과는 문헌에 보고된 고침투 근사식 및 저침투 근사식으로 알려진 두 가지의 한계적 이론식들과 직접 비교하였다. 낮은 척력적 에너지를 갖는 ${\varepsilon}^*$ <3.0의 경우 전산 모사 결과는 이들 두 이론식들과 일치하였으나, 반면 입자간 상호 포텐셜 에너지가 입자 자체 평균 운동 에너지의 두 배 이상 높은 척력적 에너지를 갖는 ${\varepsilon}^*{\geqq}3.0$의 경우 이들 이론식들 모두 전산 모사 결과를 재현하지 못하였다. 이는 특히 높은 입자 밀도와 높은 척력적 에너지를 갖는 ${\phi}{\geqq}0.7$ 및 ${\varepsilon}^*$=6.0의 경우 입자들의 클라스터 형성 및 자체 입자 배제 부피에 따른 비연속적 크기 효과에 기인되었다.

Keywords

References

  1. C. N. Likos, Phys. Rep., 348, 267 (2001). https://doi.org/10.1016/S0370-1573(00)00141-1
  2. C. Marquest and T. A. Witten, J. Phys. France, 50, 1267 (1989). https://doi.org/10.1051/jphys:0198900500100126700
  3. C. N. Likos, M. Watzlawek, and H. Lowen, Phys. Rev. E, 58, 3135 (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.58.3135
  4. M. Schmidt, J. Phys.: Condens. Matter, 11, 10163 (1999). https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/50/309
  5. M. J. Fernaud, E. Lomba, and L. L. Lee, J. Chem. Phys., 112, 810 (2000). https://doi.org/10.1063/1.480649
  6. M. Schmidt and M. Fuchs, J. Chem. Phys., 117, 6308 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1503303
  7. N. Choudhury and S. K. Ghosh, J. Chem. Phys., 119, 4827 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1589747
  8. L. Acedo and A. Santos, Phys. Lett. A, 323, 427 (2004). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2004.02.039
  9. A. Malijevsky and A. Santos, J. Chem. Phys., 124, 074508 (2006). https://doi.org/10.1063/1.2166385
  10. A. Santos and A. Malijevsky, Phys. Rev. E, 75, 021201 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.75.021201
  11. A. Malijevsky, S. B. Yuste, and A. Santos, Phys. Rev. E, 76, 021504 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.76.021504
  12. R. Fantoni, A. Giacometti, A. Malijevsky, and A. Santos, J. Chem. Phys., 133, 024101 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3455330
  13. S. Zhou and E. Ruckenstein, J. Chem. Phys., 112, 8079 (2000). https://doi.org/10.1063/1.481407
  14. S.-C. Kim and S.-H. Suh, J. Chem. Phys., 117, 9880 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1518689
  15. S.-C. Kim, B.-S. Seong, and S.-H. Suh, J. Chem. Phys., 131, 134701 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3243317
  16. A. Santos, "Kinetic Theory of Soft Matter: The Penetrable-Sphere Model", in Rarefied Gas Dynamics, M. Capitelli, Editor, AIP Conf. Proc. No. 762, AIP, New York, p 276 (2005).
  17. S.-H. Suh, C.-H. Kim, S.-C. Kim, and A. Santos, Phys. Rev. E, 82, 051202 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.82.051202
  18. N. F. Carnahan and K. E. Starling, J. Chem. Phys., 51, 635 (1969). https://doi.org/10.1063/1.1672048
  19. B. J. Alder and T. E. Wainwright, J. Chem. Phys., 31, 459 (1959). https://doi.org/10.1063/1.1730376
  20. C.-H. Kim and S.-H. Suh, Polymer(Korea), submitted.
  21. M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Clarendon, Oxford, 1987.
  22. J. M. Haile, Molecular Dynamics Simulation, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1992.
  23. B. Widom, J. Chem. Phys., 39, 2808 (1963). https://doi.org/10.1063/1.1734110
  24. C. Mayer, E. Zaccarelli1, E. Stiakakis, C. N. Likos, F. Sciortino, A. Munam, M. Gauthier, N. Hadjichristidis, H. Iatrou, P. Tartaglia, H. Lowen, and D. Vlassopoulos, Nature Mat., 7, 780 (2008). https://doi.org/10.1038/nmat2286
  25. A. Jusufi and C. N. Likos, Rev. Mod. Phys., 81, 1753 (2009). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1753