摘要
准确掌握水扩散系数与膜化学-形态特征之间的关系对于膜材料优化至关重要。为应对这一挑战，本工作对既往大量分子动力学（MD）模拟数据进行了细致的后处理，以获取纳米级聚酰胺活性层中水分子的分布情况，涵盖平衡态和水渗透过程中的状态。聚酰胺活性层被建模为线性的、未交联的TMC–MPD网络，代表FT-30化学体系中的低交联密度极限。这使得我们能够深入了解分子层面的结构和宏观传质规律。从上述MD模拟中提取的水体积分数和Fick扩散系数，还被用于评估考虑水活度梯度的热力学因子以及与超薄聚酰胺活性层的化学结构直接相关的Maxwell–Stefan扩散系数。此外，本文还采用了三种基于有效介质的方法（Mackie–Meares模型、Bruggeman模型和Maxwell模型），利用与Maxwell–Stefan系数相同的、源自MD模拟的输入数据来预测水扩散系数，从而将结果进行对比，以严格评估这些模型的预测能力。基于平衡态膜水合的分析表明，与Mackie–Meares模型相比，Bruggeman模型和Maxwell模型提供了更准确的预测；事实上，后两者给出的扩散系数处于文献中已有实验值的范围内。相反，Mackie–Meares模型的预测精度较低，甚至比此前分子动力学模拟获得的扩散系数结果更为不准确。最终结果表明，当使用瞬态水合数据时，基于有效介质的方法会丧失其准确性。
