本文選題：納米流體 + 動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》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(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、流動(dòng)性、摩擦減阻性質(zhì),納米流體在熱傳導(dǎo)、能源、化工、藥物輸運(yùn)等領(lǐng)域的重要應(yīng)用得到了廣泛研究。通過(guò)調(diào)節(jié)納米顆粒屬性,可以實(shí)現(xiàn)納米流體性質(zhì)的主動(dòng)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(xué)、物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近些年來(lái),隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展,納米流體潤(rùn)濕特性在微流控、納機(jī)電系統(tǒng)、微納器件設(shè)計(jì)制備、DNA組裝以及油水驅(qū)替等領(lǐng)域的重要性日益凸顯。納米流體動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕是固液界面潤(rùn)濕領(lǐng)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(dú)特的潤(rùn)濕性質(zhì)。納米顆粒將改變納米流體黏度、流變學(xué)特性、表面張力等潤(rùn)濕相關(guān)的宏觀物理特性,導(dǎo)致液滴在固體壁面上的黏性擴(kuò)散機(jī)制、平衡接觸角、蒸發(fā)模式等發(fā)生改變。同時(shí),納米顆粒在液滴內(nèi)部的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、在接觸線處的聚集、釘扎、在前驅(qū)膜中的排列,會(huì)導(dǎo)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(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。因此,納米顆粒對(duì)納米流體宏觀性質(zhì)和微觀特性的影響,都是納米流體潤(rùn)濕特性研究的重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是納米顆粒對(duì)接觸線移動(dòng)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(yīng)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(dòng)態(tài)潤(rùn)濕過(guò)程中的主導(dǎo)因素,從分子層面上來(lái)研究納米流體的潤(rùn)濕特性和主動(dòng)調(diào)控機(jī)制,是十分必要的。本文針對(duì)納尺度下納米流體動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕、接觸線移動(dòng)機(jī)制、納米顆粒多環(huán)沉積、復(fù)雜壁面潤(rùn)濕調(diào)控四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了納米流體在固體壁面上的鋪展和微觀力學(xué)機(jī)制,分析了納米顆粒對(duì)納米流體潤(rùn)濕的抑制作用。基于液滴鋪展半徑隨時(shí)間變化的標(biāo)度率分析,闡述了納米顆粒性質(zhì)導(dǎo)致液滴鋪展機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變的過(guò)程。揭示了增加納米顆粒體積分?jǐn)?shù)和增強(qiáng)納米顆粒親水性,液滴由分離壓和表面張力主導(dǎo)的鋪展機(jī)制,逐漸變?yōu)轲ば粤χ鲗?dǎo)的鋪展機(jī)制。實(shí)現(xiàn)了納米流體動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕的主動(dòng)調(diào)控,為理解納米流體在固體壁面上的物理力學(xué)特性提供了基礎(chǔ)。為了深入分析納米顆粒對(duì)納米流體潤(rùn)濕行為的影響,研究了單個(gè)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(dòng)模式:無(wú)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(dòng)接觸線和接觸線處納米顆粒發(fā)生移動(dòng)的機(jī)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(xiàng)釘扎能壘及其各自的影響因素。提出了剩余自由能在兩項(xiàng)釘扎能壘之間的分配理論,用于分析壁面潤(rùn)濕性質(zhì)對(duì)納米顆粒受力機(jī)制和對(duì)觸線移動(dòng)模式影響。并結(jié)合自由能驅(qū)動(dòng)機(jī)制和自由能分配機(jī)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(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)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(jī)制、接觸線在stick-jump運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力演化機(jī)制兩個(gè)方面闡述了壁面潤(rùn)濕特征尺寸(即條紋寬度)和納米顆粒與壁面的作用力對(duì)多環(huán)沉積模式的影響。闡述了在潤(rùn)濕特征尺寸對(duì)接觸線驅(qū)動(dòng)力、納米顆粒對(duì)接觸線的遲滯力、親水壁面對(duì)接觸線的遲滯力之間競(jìng)爭(zhēng)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(shè)計(jì)準(zhǔn)則。納米流體液滴鋪展、移動(dòng)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(dòng)態(tài)潤(rùn)濕的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步分析納米流體在復(fù)雜壁面上潤(rùn)濕行為的主動(dòng)操控,采用分子動(dòng)力學(xué)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(yùn)的調(diào)控機(jī)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(gè)運(yùn)動(dòng)階段,以及驅(qū)動(dòng)力、接觸角滯后力等的變化過(guò)程,并闡述了液滴超過(guò)臨界曲率比產(chǎn)生停滯的現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)壁面曲率梯度主動(dòng)操控液滴的自發(fā)運(yùn)動(dòng)與停滯,為納米流體在復(fù)雜壁面或通道內(nèi)潤(rùn)濕、流動(dòng)行為的主動(dòng)調(diào)控開(kāi)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 YaPu Zhao;;Bridging length and time scales in moving contact line problems[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2016年11期

2 胡海豹;陳立斌;鮑路瑤;黃蘇和;;Molecular dynamics simulations of the nano-droplet impact process on hydrophobic surfaces[J];Chinese Physics B;2014年07期

3 Yapu Zhao;;Moving contact line problem: Advances and perspectives[J];Theoretical & Applied Mechanics Letters;2014年03期

4 GUPTA Shipra Mital;TRIPATHI Manoj;;A review of TiO_2 nanoparticles[J];Chinese Science Bulletin;2011年16期

5 Saeid Vafaei;;Review of nanofluids for heat transfer applications[J];Particuology;2009年02期

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本文編號(hào)：1778013