液滴性質

(Channels) 及相關於斷裂行為與機制 (Disintegration mechanisms) 可 以參考 Marginean[16, 17]等人(2003、2006)；而 Consta[18]等人(2006) 以分子動力學模擬不同帶電量的液滴，並以 Tinker 軟體計算液滴半 徑，其半徑皆大於Rayleigh’s Theory 計算結果。值得一提，以分子動 力學模擬研究液滴對液滴的碰撞乃至於合併的過程，就目前所查詢的 等。系統溫度是以Nose-Hoover thermostat控制，從 273K到 390。模擬 時間為 160ps-1000ps，系統初始溫度設為 150K，模擬進行 5ps後，溫 度逐漸上升至需要溫度，待系統平衡後 (約在模擬 80ps) ，在最後約

50ps收集相關數據，統計結果。系統溫度控制情形請參考 Fig. 4-37。運 動軌跡瞬照圖中，依據真實原子序大小，調整粒子半徑，一般設定為 青色粒子表示Chloride ions (最大粒子) 、橘色粒子表示Sodium ions (次 之) 、紅色粒子表示水分子的氧原子 (再次之) 以及灰白色粒子表示水 Sodium ions 或為純水溶液的液滴時，在模擬溫度條件下，他們都不能 像是加入Chloride ions 或 NaCl 離子對的液滴一樣維持形狀。故以下研 究以加入 Chloride ions 的奈米液滴為主，才能進一步觀察液滴的運動 與性質。

當溫度增加改變時，液滴半徑隨增加，此因表面張力降低之緣故 (根據Rayleigh’s Theory，若以知表面張力便可算出液滴半徑) ，若更 仔細分析，大概可將液滴分為兩個部分，依據統計性質在此座標將發 生轉折情形，分為內部 (Interior) 以及表面 (Surface) 兩區域。在隨著 溫度提高，此一轉折點的座標將趨近液滴中心，往內部移動，在273K

都有顯示出相同趨勢，即形成兩波峰的情形。若將離子位置分佈機率 與平均水分子密度分佈結果放在一起，隨者離子數增加，則可明顯看 出平均密度的波谷處是離子位置分佈機率最高之處，離子應該是佔據 水分子位置，且由於Cl…H 鍵結的關係，在鄰近氯離子約 2 Å的距離 內，大量吸附水分子，使得平均密度分佈形成上升，形成兩波峰 (Fig.

4-43以及 Fig. 4-44所示) 在水分子平均密度的統計結果中。到離子數量 增加到 6 個，如 Fig. 4-45所示，離子位置機率的波峰，漸漸往液滴外 移動，應該是離子數目的增加使離子與離子間的平衡距離也隨之變 大；亦可看出離子數目增加，離子趨向液滴外圍移動，最後將包住整 個液滴。但是外圍水分子數目較少的關係，當液滴在外圍時，平均水 分子密度分佈無波峰產生。不同溫度亦有相同趨勢，如Fig. 4-46所示。

將水分子數目增加至1320 個，離子數目增加至 20 個 (最高) ，依 舊可以找到相同趨勢，如Fig. 4-47、Fig. 4-48以及 Fig. 4-49所示。另外，

在1320 個水分子的液滴中，離子影響水分子平均密度的效應要在離子 數目夠多才會顯現出來。另外，離子位置分佈的趨勢與小液滴的結果 是相同的。

Fig. 4-35 加入適當數量的 Chloride ions 可在高溫時，穩定維持液滴的形狀。

Fig. 4-36 相同溫度與初始化位置的狀態下，沒有加入 Chloride ions 的奈米液滴在 高溫時，無法形成液。

Fig. 4-37 模擬奈米液滴運動之系統溫度變化情形。初始設定溫度是 150K，首先維 持5ps 的平衡後在逐漸升溫至所需溫度，系統所需溫度大約在 20ps 左右可達到，

之後再進行80ps 的模擬過程，最後的 50ps 收集所需資料數據。

Fig. 4-38 奈米液滴平均氫鍵數目分佈統計(273K)。由於液滴相當的小，所以在液 滴末端統計擾動較大。由圖可看出液滴結構大略分為內部與外部(約在 3.9Å 處有一 轉折)，隨者離子數目上升(0-8 個)，氫鍵數目略有下降。

Fig. 4-39 奈米液滴平均氫鍵數目分佈統計(330K)。由圖可看出液滴結構大略分為 內部與外部(約在 3.3Å 處有一轉折)，隨者離子數目上升(2-8 個)，氫鍵數目略有下 降。此溫度下，若液滴沒有加入離子，則會發生斷裂。

Fig. 4-40 奈米液滴平均氫鍵數目分佈統計(360K)。略小於 330K 的統計結果。另 外，此時純水液滴已經完全溢散，不能維持液滴的形狀。

Fig. 4-41 奈米液滴平均水分子密度分佈統計(273K)。加入離子(2-6 個)的統計結果 觀察到，皆有一波谷與兩波峰的分佈情形。這與離子位置分佈有密切的關係。

Fig. 4-42 奈米液滴平均水分子密度分佈統計(330K)。加入離子(0-6 個)的統計結果 觀察到，亦有一波谷與兩波峰的分佈情形。

Fig. 4-43 液滴水分子平均密度分佈(Square)與離子位置分佈機率(長條圖)的共繪 圖。密度分佈波谷處，遭到離子佔據因此密度下降；而波谷前後位置，因離子吸 引力的關係，平均密度大幅上升。系統溫度為330K。

Fig. 4-44 液滴水分子平均密度分佈(Square)與離子位置分佈機率(長條圖)的共繪 圖。當離子數目從2 提升到 4，依然可發現相同趨勢。密度分佈波谷處，遭到離子 佔據因此密度下降；而波谷前後位置，因離子吸引力的關係，平均密度大幅上升。

Fig. 4-45 液滴水分子平均密度分佈(Square)與離子位置分佈機率(長條圖)的共繪 圖。當離子數目從4 提升到 6，趨勢發生改變，離子因強大庫倫力的影響，分佈在 較為外面之處，形成一種幾乎包圍液滴的結構。

Fig. 4-46 離子位置分佈機率圖(273K)。趨勢同於 330K 之統計結果。

Fig. 4-47 離子位置分佈機率圖(273K，1320 個水分子)。在離子數為 4 的時候，離 子可分佈靠近中心與更外圍位置，形成兩個波峰。隨者離子數目上升，位置分佈 趨於外圍，同於先前觀察50 個水分子之奈米液滴的情形。

Fig. 4-48 離子位置分佈機率圖(360K，1320 個水分子)。隨者離子數增加，波峰也 隨之外移。

Fig. 4-49 水分子平均密度對應離子位置分佈機率圖(330K、1320 個水分子、13 個 Chloride ions)。在較大尺寸的液滴中，可以看到離子分佈對平均密度影響小，僅在 4-5Å 略有波峰起伏的情形。