太阳能电池聚合物材料及DNA大分子的分子模拟

【摘要】：使用煤、石油和天然气来满足我们的能源需求很方便,但是在地球上这些燃料很有限,现在这些燃料的使用速度远大于他们的再生速度,最后这些能源将会枯竭。核能源的安全性及其垃圾处理存在的问题很大,这就需要开发可再生能源。而已经稳定工作了50亿年的太阳可以产生巨大的能量,然而这些能量并没有被人们充分利用。太阳能电池是很好的存储并利用该种能量的设备,其中的有机太阳能电池的能量转换效率及能量的稳定性近些年来也得到了一定程度的提高。影响光谱吸收效率的一个重要因素是有机太阳能电池的内部结构。本文使用一种动态蒙特卡罗方法来研究有机太阳能电池的光电效率。研究发现太阳能电池的内部量子效应随着电子受体和空穴受体的混合度的减少,先增强后减弱,在混合度适中时出现一个最大值。 纳米尺度下的物质以其特有的结构及属性很快就成为了多学科研究焦点。而其中的碳纳米管,由于其特殊的电学特性及结构特性,成为了一种研究生物大分子的很好的材料。将纳米尺度结构应用在实际中已经从人们的美好愿望变成了现实,特别是固体纳米尺度结构如碳纳米管及纳米硅材料等与生物大分子结构如DNA分子和多肽等相结合会有很大的应用前景,这种技术也为人们研究纳米尺度生物技术开启了一道新的大门。本文将DNA分子放置于碳纳米管内,并加入氯化钾溶液,然后对系统加电场来模拟碳纳米管内各种粒子随外加电场变化的情况。 近30年来,人们对30-nm染色质纤维的结构争议很大。染色质纤维的结构仍然是分子生物学还未解决的主要问题之一。染色质纤维的结构之所以非常重要,是因为它是基因转录、复制、重组过程的关键所在。本文使用蒙特卡罗法对30nm染色质纤维体进行了仿真。研究了纤维体受限于宽度为30nm的两平行平板内时,Zewdie势能的势宽参数对纤维体结构形成过程的影响。在仿真中使用了六角模型,计算的能量包括连接DNA的拉伸势能、弯曲势能和扭转势能及连接DNA间的静电势能还有核小体间的Zewdie势能。研究表明,纤维体在受限时,势宽参数对纤维体结构形成过程的影响减弱；Zewdie势能势宽参数的使用范围增大；纤维体连接DNA的弯曲势能、核小体间的Zewdie势能及纤维体的总能量与势宽参数正相关。另外,连接DNA间的静电势能略受Zewdie势能势宽参数影响,并且其拉伸势能和扭转势能基本与Zewdie势能势宽参数无关。仿真所得纤维的线密度值及直径与前人结果一致。 【关键词】：太阳能电池 染色质 核小体 DNA 碳纳米管
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-47
• 1.1 选题背景11-18
• 1.2 国内外现状18-43
• 1.2.1 有机太阳能电池国内外研究现状18-33
• 1.2.2 30nm染色质纤维体的国内外研究现状33-40
• 1.2.3 碳纳米管的国内外研究现状40-43
• 1.3 存在问题43-44
• 1.4 研究内容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 动态Monte Carlo算法57-64
• 2.2.1 概述57
• 2.2.2 理论背景57-59
• 2.2.3 实现动态Monte Carlo模拟的三种方法59-64
• 2.3 本章小结64-65
• 第三章 有机太阳能电池的模拟65-85
• 3.1 有机太阳能电池的仿真概述65-66
• 3.2 有机太阳能电池的模型66-69
• 3.3 仿真中的参数设置69-71
• 3.4 仿真流程图71
• 3.5 结果及讨论71-84
• 3.5.1 异质结的生成71-78
• 3.5.2 内部量子效应78-84
• 3.6 本章小结84-85
• 第四章 染色质纤维体非受限动力学模拟85-99
• 4.2 染色质纤维体的几何建模85-87
• 4.3 仿真中能量的计算及参数的选择87-91
• 4.4 结果及讨论91-97
• 4.5 本章小结97-99
• 第五章 受限于两平行平板下的染色质纤维体动力学模拟99-123
• 5.1 染色质纤维体受限动力学模拟概述99
• 5.2 染色质纤维体的仿真99-101
• 5.2.1 模型99-100
• 5.2.2 能量100
• 5.2.3 纤维的运动100-101
• 5.3 结果及讨论101-121
• 5.3.1 受限平板间距离的影响101-106
• 5.3.2 染色质纤维体受限时势能参数的影响106-112
• 5.3.3 核小体间的作用势能对其它能量的影响112-121
• 5.4 本章小结121-123
• 第六章 碳纳米管内DNA非平衡动力学模拟123-147
• 6.1 概述123-124
• 6.2 模型及仿真124-128
• 6.3 结果与讨论128-145
• 6.3.1 均方位移的概念128-130
• 6.3.2 不同电场的影响130-136
• 6.3.3 不同粒子的移动率的对比136-141
• 6.3.4 有无电场情况下的粒子移动率对比141-144
• 6.3.5 电场对DNA分子的末端距的影响144-145
• 6.4 本章小结145-147
• 第七章 全文总结147-151
• 7.1 结论147-150
• 7.2 展望150-151
• 参考文献151-155
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果155-157
• 致谢157

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