Исследование структурных и физико-химических свойств оксида графена с помощью суперкомпьютерных методов моделирования

В рамках классической молекулярной динамики с реакционными межатомными потенциалами были рассчитаны коэффициенты диффузии воды, интеркалированной между слоями оксида графена (ОГ). При этом рассматривалось два варианта наноструктуры ОГ: со случайным равномерным распределением кислородных групп и с расположением кислородных групп в виде кластеров. 1) Для равномерно окисленного ОГ коэффициенты диффузии воды монотонно возрастают от 18 до 105 А^2/нс с увеличением массовой доли воды в расчётной ячейке. Для ОГ с неравномерным окислением (кластеризованное расположение кислородных групп) коэффициент диффузии лежит в диапазоне 100-140 А^2/нс и наоборот достигает максимальных значений при минимальном заполнении материала водой. 2) Показано, что в ОГ с неравномерным окислением транспорт воды особенно активен вдоль интерфейса между окисленными и не окисленными областями. Диффузия молекул демонстрирует «прыжки» вдоль этого интерфейса на дистанции 1-2 нм с длительными паузами между прыжками, что напоминает времяпролетных механизм диффузии. Диффузия вдоль этих интерфейсов практически не зависит от уровня окисления или межслоевого расстояния, но требует определенной степени неоднородности в распределении кислородных групп. Диффузия вдоль таких интерфейсов представляет собой ранее не описанный механизм, который может дать правдоподобное объяснение высокой подвижности воды, наблюдаемой в ОГ и подчеркивает важность учета наноструктуры ОГ при его моделировании.