【摘要】：潤濕性是材料表面的重要特征之一,表面可控潤濕性的研究無論在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用方面都有著重要的意義。本論文的研究內(nèi)容主要是使用分子動力學(xué)模擬方法討論微/納尺度下水在固體表面上的性質(zhì),主要工作如下:(1)建立了水滴在不同形貌微結(jié)構(gòu)表面上的分子動力學(xué)模型,模擬中水滴通過表面能梯度驅(qū)動發(fā)生運(yùn)動,排除了外部條件對模擬結(jié)果的影響。結(jié)合運(yùn)動性優(yōu)良和輸水穩(wěn)定性高的要求,本文提出了一種槽-釘混合狀的表面微結(jié)構(gòu),該微結(jié)構(gòu)可以使水滴在固體表面上沿溝槽方向運(yùn)動時受到較小的粘滯阻力又不會輕易喪失疏水性。(2)建立了潤濕可控的石墨烯表面模型,從直觀的接觸角的角度出發(fā)討論了水滴在從疏水到親水的多種潤濕組合構(gòu)成的石墨烯表面上的運(yùn)動行為。研究發(fā)現(xiàn)潤濕梯度驅(qū)動下水滴運(yùn)動狀態(tài)的控制可以通過調(diào)節(jié)固體表面的潤濕性來實(shí)現(xiàn)。研究還發(fā)現(xiàn)水滴在潤濕梯度驅(qū)動下的運(yùn)動方式與坦克履帶的運(yùn)動方式類似:在水滴隨著質(zhì)心沿潤濕梯度方向運(yùn)動的同時其內(nèi)部水分子也在圍繞質(zhì)心做著逆時針的運(yùn)動。水滴的這種運(yùn)動方式將為自清潔功能表面的制造提供參考。(3)建立了潤濕性不均勻的石墨烯納米通道模型,水分子在不同外部壓力的作用下通過不均勻潤濕位置可變的石墨烯納米通道。通過分析水在通道內(nèi)的流率、剪切粘度、毛細(xì)力、沿通道高度方向的密度分布和表觀摩擦系數(shù),揭示了由于不均勻潤濕位置改變而使壓力作用下水在不均勻潤濕納米通道內(nèi)的輸運(yùn)性質(zhì)發(fā)生變化的規(guī)律。(4)建立了不同尺寸納米水滴滲透進(jìn)入碳納米管內(nèi)的分子動力學(xué)模型。模擬結(jié)果顯示:在納米尺度下,水滴的毛細(xì)吸入行為不同于體相水的毛細(xì)吸入行為,即毛細(xì)吸入規(guī)律不再完全符合傳統(tǒng)的Lucas-Washburn關(guān)系,此時毛細(xì)吸入行為與水滴的尺寸密切相關(guān)。另外,還討論了水滴在親水性碳納米管內(nèi)的吸入行為以及模擬系統(tǒng)中開孔石墨烯平板的潤濕性對水滴毛細(xì)吸入行為的影響。研究結(jié)果有望為在干旱空氣中集水和海水淡化等實(shí)際應(yīng)用提供參考。
【圖文】：

自然界中4種典型的生物現(xiàn)象和其表面微結(jié)構(gòu)

圖 1-2 液體在固體表面上的鋪展可以發(fā)現(xiàn)，從能量角度分析液體在固體表面上的存在狀態(tài)比較抽象。的只是它的最終存在狀態(tài)，此時就可以用更加直觀的接觸角來表達(dá)。力極其強(qiáng)的表面之外，大部分情況下，液體與固體表面接觸后并不會
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O647.5;TB383.1

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本文編號：2603461