本文選題：納米流體 + 動態(tài)潤濕　； 參考：《中國科學技術(shù)大學》2017年博士論文

【摘要】：納米流體(Nanofluid)是指將納米顆粒、納米線、碳納米管等納米結(jié)構(gòu)均勻分散在水、油、醇等基質(zhì)液體中得到的新型介質(zhì)。由于優(yōu)良的導熱性、導電性、流動性、摩擦減阻性質(zhì),納米流體在熱傳導、能源、化工、藥物輸運等領域的重要應用得到了廣泛研究。通過調(diào)節(jié)納米顆粒屬性,可以實現(xiàn)納米流體性質(zhì)的主動調(diào)控,這使得納米流體成為一種"智能流體(smart fluid)",并迅速成為熱力學、物理、化學、材料科學等領域的研究熱點。近些年來,隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展,納米流體潤濕特性在微流控、納機電系統(tǒng)、微納器件設計制備、DNA組裝以及油水驅(qū)替等領域的重要性日益凸顯。納米流體動態(tài)潤濕是固液界面潤濕領域的重要分支。由于納米顆粒這種具有很大比表面積材料的加入及其與液體分子、固體壁面的相互作用,納米流體將比基質(zhì)液體具有更多獨特的潤濕性質(zhì)。納米顆粒將改變納米流體黏度、流變學特性、表面張力等潤濕相關(guān)的宏觀物理特性,導致液滴在固體壁面上的黏性擴散機制、平衡接觸角、蒸發(fā)模式等發(fā)生改變。同時,納米顆粒在液滴內(nèi)部的擴散運動、在接觸線處的聚集、釘扎、在前驅(qū)膜中的排列,會導致分離壓、接觸線處表面張力、液滴局部黏度、接觸線區(qū)域摩擦力等的改變和相互競爭關(guān)系。因此,納米顆粒對納米流體宏觀性質(zhì)和微觀特性的影響,都是納米流體潤濕特性研究的重點內(nèi)容。尤其是納米顆粒對接觸線移動模式的調(diào)控,將直接影響納米流體液滴的蒸發(fā)模式和納米顆粒的沉積結(jié)構(gòu)。在微觀尺度下,表界面效應凸顯。表面張力、范德華力、靜電力,以及黏性力、分離壓等將成為納米流體動態(tài)潤濕過程中的主導因素,從分子層面上來研究納米流體的潤濕特性和主動調(diào)控機制,是十分必要的。本文針對納尺度下納米流體動態(tài)潤濕、接觸線移動機制、納米顆粒多環(huán)沉積、復雜壁面潤濕調(diào)控四個關(guān)鍵問題,進行了系統(tǒng)研究。本文采用分子動力學方法研究了納米流體在固體壁面上的鋪展和微觀力學機制,分析了納米顆粒對納米流體潤濕的抑制作用�；谝旱武佌拱霃诫S時間變化的標度率分析,闡述了納米顆粒性質(zhì)導致液滴鋪展機制發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程。揭示了增加納米顆粒體積分數(shù)和增強納米顆粒親水性,液滴由分離壓和表面張力主導的鋪展機制,逐漸變?yōu)轲ば粤χ鲗У匿佌箼C制。實現(xiàn)了納米流體動態(tài)潤濕的主動調(diào)控,為理解納米流體在固體壁面上的物理力學特性提供了基礎。為了深入分析納米顆粒對納米流體潤濕行為的影響,研究了單個納米顆粒調(diào)控納米流體液滴接觸線在光滑壁面上的三種移動模式:無遲滯滑移(slip)、交替的釘扎與去釘扎(pinning-depinning,或交替的釘扎-滑移 stick-jump)和完全釘扎(complete pinning)。闡述了液滴偏離平衡位置引起的剩余自由能克服釘扎能壘、驅(qū)動接觸線和接觸線處納米顆粒發(fā)生移動的機制,并分析了納米顆粒在壁面上黏附、液滴在壁面上黏附所產(chǎn)生的兩項釘扎能壘及其各自的影響因素。提出了剩余自由能在兩項釘扎能壘之間的分配理論,用于分析壁面潤濕性質(zhì)對納米顆粒受力機制和對觸線移動模式影響。并結(jié)合自由能驅(qū)動機制和自由能分配機制給出了納米顆粒調(diào)控三相接觸線釘扎與去釘扎的判斷準則。在此基礎上,研究了納米流體液滴在親疏水間隔分布條紋壁面上的蒸發(fā)和納米顆粒多環(huán)沉積。從接觸線初始釘扎機制、接觸線在stick-jump運動過程中受力演化機制兩個方面闡述了壁面潤濕特征尺寸(即條紋寬度)和納米顆粒與壁面的作用力對多環(huán)沉積模式的影響。闡述了在潤濕特征尺寸對接觸線驅(qū)動力、納米顆粒對接觸線的遲滯力、親水壁面對接觸線的遲滯力之間競爭關(guān)系的影響,并給出了納米顆粒在壁面上的自組裝結(jié)構(gòu)和多環(huán)沉積的設計準則。納米流體液滴鋪展、移動接觸線調(diào)控和納米顆粒沉積調(diào)控的研究,從分子層面分析了納米顆粒調(diào)控納米流體動態(tài)潤濕的機制。在此基礎上,為進一步分析納米流體在復雜壁面上潤濕行為的主動操控,采用分子動力學方法結(jié)合Surface Evolver液面演化模擬,研究了錐形壁面上液滴從壁面尖端朝向壁面底端自發(fā)定向輸運的調(diào)控機制。分析了曲率比(液滴所在處局部壁面曲率半徑和液滴曲率半徑的比值)引起的三個運動階段,以及驅(qū)動力、接觸角滯后力等的變化過程,并闡述了液滴超過臨界曲率比產(chǎn)生停滯的現(xiàn)象。實現(xiàn)了通過壁面曲率梯度主動操控液滴的自發(fā)運動與停滯,為納米流體在復雜壁面或通道內(nèi)潤濕、流動行為的主動調(diào)控開拓了思路。
[Abstract]:Nano - fluid ( Nanofluid ) is a new kind of medium which is obtained by uniformly dispersing nano - particles , nano - wires , carbon nanotubes and the like in matrix liquid such as water , oil , alcohol and the like . In recent years , with the rapid development of nano - particles , nano - particles have more unique wetting properties than matrix liquid . In this paper , the mechanism of the dynamic wetting of the nano - particles on the wall surface is discussed . The mechanism of the dynamic wetting of the nano - particles on the wall surface is discussed . The mechanism of the dynamic wetting of the nano - particles on the wall surface is discussed . The mechanism of the nano - particles ' self - assembly structure and the multi - ring deposition are discussed .

【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：1778013