Slip length of water on graphene: Limitations of non-equilibrium molecular dynamics simulations

打滑(空气动力学) 石墨烯 分子动力学 滑移率 机械 材料科学 曲率 体积流量 纳米技术 化学 物理 热力学 数学 几何学 计算化学 剪应力
作者
Sridhar Kumar Kannam,B. D. Todd,J. S. Hansen,Peter J. Daivis
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:136 (2): 024705-024705 被引量:253
标识
DOI:10.1063/1.3675904
摘要

Data for the flow rate of water in carbon nanopores is widely scattered, both in experiments and simulations. In this work, we aim at precisely quantifying the characteristic large slip length and flow rate of water flowing in a planar graphene nanochannel. First, we quantify the slip length using the intrinsic interfacial friction coefficient between water and graphene, which is found from equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations. We then calculate the flow rate and the slip length from the streaming velocity profiles obtained using non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations and compare with the predictions from the EMD simulations. The slip length calculated from NEMD simulations is found to be extremely sensitive to the curvature of the velocity profile and it possesses large statistical errors. We therefore pose the question: Can a micrometer range slip length be reliably determined using velocity profiles obtained from NEMD simulations? Our answer is "not practical, if not impossible" based on the analysis given as the results. In the case of high slip systems such as water in carbon nanochannels, the EMD method results are more reliable, accurate, and computationally more efficient compared to the direct NEMD method for predicting the nanofluidic flow rate and hydrodynamic boundary condition.
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