太陽(yáng)能電池聚合物材料及DNA大分子的分子模擬

【摘要】：使用煤、石油和天然氣來(lái)滿足我們的能源需求很方便,但是在地球上這些燃料很有限,現(xiàn)在這些燃料的使用速度遠(yuǎn)大于他們的再生速度,最后這些能源將會(huì)枯竭。核能源的安全性及其垃圾處理存在的問(wèn)題很大,這就需要開(kāi)發(fā)可再生能源。而已經(jīng)穩(wěn)定工作了50億年的太陽(yáng)可以產(chǎn)生巨大的能量,然而這些能量并沒(méi)有被人們充分利用。太陽(yáng)能電池是很好的存儲(chǔ)并利用該種能量的設(shè)備,其中的有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率及能量的穩(wěn)定性近些年來(lái)也得到了一定程度的提高。影響光譜吸收效率的一個(gè)重要因素是有機(jī)太陽(yáng)能電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本文使用一種動(dòng)態(tài)蒙特卡羅方法來(lái)研究有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電效率。研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的內(nèi)部量子效應(yīng)隨著電子受體和空穴受體的混合度的減少,先增強(qiáng)后減弱,在混合度適中時(shí)出現(xiàn)一個(gè)最大值。 納米尺度下的物質(zhì)以其特有的結(jié)構(gòu)及屬性很快就成為了多學(xué)科研究焦點(diǎn)。而其中的碳納米管,由于其特殊的電學(xué)特性及結(jié)構(gòu)特性,成為了一種研究生物大分子的很好的材料。將納米尺度結(jié)構(gòu)應(yīng)用在實(shí)際中已經(jīng)從人們的美好愿望變成了現(xiàn)實(shí),特別是固體納米尺度結(jié)構(gòu)如碳納米管及納米硅材料等與生物大分子結(jié)構(gòu)如DNA分子和多肽等相結(jié)合會(huì)有很大的應(yīng)用前景,這種技術(shù)也為人們研究納米尺度生物技術(shù)開(kāi)啟了一道新的大門。本文將DNA分子放置于碳納米管內(nèi),并加入氯化鉀溶液,然后對(duì)系統(tǒng)加電場(chǎng)來(lái)模擬碳納米管內(nèi)各種粒子隨外加電場(chǎng)變化的情況。 近30年來(lái),人們對(duì)30-nm染色質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)爭(zhēng)議很大。染色質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)仍然是分子生物學(xué)還未解決的主要問(wèn)題之一。染色質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)之所以非常重要,是因?yàn)樗腔蜣D(zhuǎn)錄、復(fù)制、重組過(guò)程的關(guān)鍵所在。本文使用蒙特卡羅法對(duì)30nm染色質(zhì)纖維體進(jìn)行了仿真。研究了纖維體受限于寬度為30nm的兩平行平板內(nèi)時(shí),Zewdie勢(shì)能的勢(shì)寬參數(shù)對(duì)纖維體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的影響。在仿真中使用了六角模型,計(jì)算的能量包括連接DNA的拉伸勢(shì)能、彎曲勢(shì)能和扭轉(zhuǎn)勢(shì)能及連接DNA間的靜電勢(shì)能還有核小體間的Zewdie勢(shì)能。研究表明,纖維體在受限時(shí),勢(shì)寬參數(shù)對(duì)纖維體結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的影響減弱；Zewdie勢(shì)能勢(shì)寬參數(shù)的使用范圍增大；纖維體連接DNA的彎曲勢(shì)能、核小體間的Zewdie勢(shì)能及纖維體的總能量與勢(shì)寬參數(shù)正相關(guān)。另外,連接DNA間的靜電勢(shì)能略受Zewdie勢(shì)能勢(shì)寬參數(shù)影響,并且其拉伸勢(shì)能和扭轉(zhuǎn)勢(shì)能基本與Zewdie勢(shì)能勢(shì)寬參數(shù)無(wú)關(guān)。仿真所得纖維的線密度值及直徑與前人結(jié)果一致。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池 染色質(zhì) 核小體 DNA 碳納米管
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-47
• 1.1 選題背景11-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀18-43
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-33
• 1.2.2 30nm染色質(zhì)纖維體的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀33-40
• 1.2.3 碳納米管的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀40-43
• 1.3 存在問(wèn)題43-44
• 1.4 研究?jī)?nèi)容44-47
• 第二章 蒙特卡洛方法47-65
• 2.1 Metropolis Monte Carlo算法47-57
• 2.1.1 概述47-48
• 2.1.2 基本原理48-55
• 2.1.3 Metropolis Monte Carlo方法55-57
• 2.2 動(dòng)態(tài)Monte Carlo算法57-64
• 2.2.1 概述57
• 2.2.2 理論背景57-59
• 2.2.3 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Monte Carlo模擬的三種方法59-64
• 2.3 本章小結(jié)64-65
• 第三章 有機(jī)太陽(yáng)能電池的模擬65-85
• 3.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的仿真概述65-66
• 3.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的模型66-69
• 3.3 仿真中的參數(shù)設(shè)置69-71
• 3.4 仿真流程圖71
• 3.5 結(jié)果及討論71-84
• 3.5.1 異質(zhì)結(jié)的生成71-78
• 3.5.2 內(nèi)部量子效應(yīng)78-84
• 3.6 本章小結(jié)84-85
• 第四章 染色質(zhì)纖維體非受限動(dòng)力學(xué)模擬85-99
• 4.2 染色質(zhì)纖維體的幾何建模85-87
• 4.3 仿真中能量的計(jì)算及參數(shù)的選擇87-91
• 4.4 結(jié)果及討論91-97
• 4.5 本章小結(jié)97-99
• 第五章 受限于兩平行平板下的染色質(zhì)纖維體動(dòng)力學(xué)模擬99-123
• 5.1 染色質(zhì)纖維體受限動(dòng)力學(xué)模擬概述99
• 5.2 染色質(zhì)纖維體的仿真99-101
• 5.2.1 模型99-100
• 5.2.2 能量100
• 5.2.3 纖維的運(yùn)動(dòng)100-101
• 5.3 結(jié)果及討論101-121
• 5.3.1 受限平板間距離的影響101-106
• 5.3.2 染色質(zhì)纖維體受限時(shí)勢(shì)能參數(shù)的影響106-112
• 5.3.3 核小體間的作用勢(shì)能對(duì)其它能量的影響112-121
• 5.4 本章小結(jié)121-123
• 第六章 碳納米管內(nèi)DNA非平衡動(dòng)力學(xué)模擬123-147
• 6.1 概述123-124
• 6.2 模型及仿真124-128
• 6.3 結(jié)果與討論128-145
• 6.3.1 均方位移的概念128-130
• 6.3.2 不同電場(chǎng)的影響130-136
• 6.3.3 不同粒子的移動(dòng)率的對(duì)比136-141
• 6.3.4 有無(wú)電場(chǎng)情況下的粒子移動(dòng)率對(duì)比141-144
• 6.3.5 電場(chǎng)對(duì)DNA分子的末端距的影響144-145
• 6.4 本章小結(jié)145-147
• 第七章 全文總結(jié)147-151
• 7.1 結(jié)論147-150
• 7.2 展望150-151
• 參考文獻(xiàn)151-155
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果155-157
• 致謝157

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