諸多微電子和納米技術(shù)領(lǐng)域采用外部電場作為驅(qū)動力,如靜電紡絲、噴墨打印、納米制造以及靜電噴涂等,在這些技術(shù)應(yīng)用中,電場作用下液滴或液膜蒸發(fā)是關(guān)鍵的基本物理過程之一,較高的蒸發(fā)速率至關(guān)重要。施加電場不需要形成閉合回路、操作簡單、運行費用低,且外加電場能夠顯著強化蒸發(fā),因此備受人們重視。目前的研究對于電場強化液體蒸發(fā)的微觀機(jī)理尚不明晰,且對于不同電場形式對蒸發(fā)的影響沒有進(jìn)行詳細(xì)討論。本文采用分子動力學(xué)方法模擬電場作用下納米水液膜的蒸發(fā)行為,從分子角度揭示電場強化水液膜蒸發(fā)的微觀機(jī)理,分析電場強度、電場方向及直流與交變形式電場對納米水液膜蒸發(fā)速率的影響規(guī)律,為高新技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展提供堅實的理論基礎(chǔ)。直流電場作用下溶鹽液膜蒸發(fā)結(jié)果表明,施加Ex（電場平行于液膜表面方向）電場顯著提高液膜的蒸發(fā)速率;在電場Ex=0.2 V nm-1和Ex=0.3 V nm-1作用下溶鹽液膜（含2240個水分子）蒸發(fā)速率分別是無電場時的2.86和5.72倍。從分子角度觀察發(fā)現(xiàn),溶鹽液膜中自由離子在高壓電場作用下加速運動,由于離子具有水化作用,水化團(tuán)簇中的水分子與離子一起加速運動導(dǎo)致水分子之間相互作用減弱,致使水分子更... 

【文章來源】：東北電力大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１分子動力學(xué)模擬基本步驟??－１０－??

＇?４．４００?０．４１８４?－１．００００??Ｎａ＋?２．５８３?０．４１８４?＋１．００００??Ｌｉ＋?１．５０５?０．６９０４?＋１．００００??Ｃａ２＋?２．８９５?０．４１８４?＋２．００００??Ｏ?３．１６６０?０．００６７?－０．８４７６???Ｈ?０．００００?０．００００?＋０．４２３８??２．４液膜初始幾何模型??針對某個具體的宏觀問題，首先應(yīng)該合理的進(jìn)行初始幾何模型建設(shè)和模擬設(shè)奴，??這兒點是分子動力學(xué)模擬的關(guān)鍵。如圖２－２所示為分子動力學(xué)模擬初始兒何模型，尺??寸為３．６ｘ３．６ｘ１０．０?ｎｍ３，模擬盒子為長方體結(jié)構(gòu)，分為固態(tài)平板區(qū)域、液態(tài)水區(qū)域和水??分子蒸發(fā)區(qū)域三個區(qū)域。模擬盒子底部的紫色固態(tài)金屬平板山９７２個Ａｕ原子組成，??厚度為１．２?ｎｍ，面心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為０．４０８?ｎｍ，Ａｕ原子共有６層，出于防止??Ａｕ平板變形的目的，最底層被人為的設(shè)置為固定Ｍ，上面５紀(jì)應(yīng)用Ｎｏｓｅ－ＩＩｏｏｖｅｒ方法??作為恒溫?zé)嵩磳λ耗みM(jìn)行加熱［８４１；液膜尺寸為３．６ｘ５．７ｘ３．６ｎｍ３，，由２２４０個Ｈ２０??分子、５０個Ｎａ＋和５０個Ｃｒ組成。其中，Ｘ和Ｚ方向設(shè)置為周期性邊界條件，Ｙ?：／ｊ向??為岡定邊界條件。在Ｈ２０分子蒸發(fā)階段，模擬盒子壓力逐漸升高會影響模擬速度和蒸??發(fā)速率，為了排除壓力的影響，在模擬盒子上方設(shè)置一個蒸發(fā)區(qū)域，當(dāng)氣態(tài)水分子到??達(dá)此ＩＸ：域就被模擬系統(tǒng)刪除。??＇Ｉｔ??－ｉｉ?＇堯?＾．ｌｕｕｉ??１６９．４／。??ｗａｔｅｒ??ｉｌｇｉ?＾??圖２－２分子動力學(xué)模擬初始模型??－１２－??

?第２章電場下納米液膜的分子動力學(xué)建模???之維持在２９８?Ｋ左右，計算Ｉｎｓ確保體系在蒸發(fā)之前能夠達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡期間不??施加電場［９１］。蒸發(fā)階段，對體系施加Ｘ和Ｙ方向不同強度的均勻空間電場，出于讓液??膜蒸發(fā)的目的，對Ａｕ平板應(yīng)用Ｎｏｓｅ－Ｈｏｏｖｅｒ恒溫法，使Ａｕ原子溫度迅速升至５００?Ｋ，??由此Ａｕ平板可以作為熱源加熱納米水液膜。如果Ｈ２０分子周圍４．３４Ａ范圍內(nèi)配位數(shù)??２４，則判定這個Ｈ２０分子為液相水分子，如果＜４，則判定為氣相水分子［２？］。??圖２－４為不施加電場時納米水液膜隨時間的蒸發(fā)演化過程，在／＝０?ｎｓ時，Ａｕ平板??溫度由２９８?Ｋ升至５００?Ｋ，納米水液膜受熱；連？＞０．３２?ｎｓ時，可以觀察到液膜高度升??高，這是由于液膜受熱膨脹所致；當(dāng)Ｐ０．３２?ｎｓ之后，隨著液膜逐漸蒸發(fā)，厚度不斷下??降；當(dāng)ｆ＝６ｎｓ時，水分子基本蒸發(fā)完全，Ｎａ＋和Ｃ１－留在Ａｕ表面上，呈有規(guī)則的晶格??結(jié)構(gòu)。＇??Ｓ?＿議…??］ｙｙｓ??ｆ＝０?ｎｓ?ｒ＝０．３２?ｕｓ?／＝１．２?ｎｓ?ｔ＝４．５?ｎｓ?（＝６?ｎｓ??圖２－４溶鹽液膜蒸發(fā)過程的模擬照片??本文采用ＬＡＭＭＰＳ進(jìn)行模擬，ＬＡＭＭＰＳ與其他荇圖形界而的軟件不同，用戶須??編寫特定文件來進(jìn)行一系列操作，這些文件有自己獨特的格式，主要包含各原子的空??間坐標(biāo)、成鍵方式和系數(shù)等；ＬＡＭＭＰＳ所輸出的數(shù)據(jù)需要后處理軟件；類似于圖２－４??這樣的模擬照片采用ＶＭＤ展示，ＶＭＤ是一個分子可視化程序，是伊利諾伊大學(xué)香??檳分校開發(fā)的開源可視化軟件，ＶＭＤ可以展示大型生物分子體系，也可以制成動畫。??２．７?本章小結(jié)??數(shù)值模擬、理論


本文編號：3022713