當(dāng)暴露在空氣中的固體表面與液體發(fā)生接觸時,液體取代了固體表面的空氣,被固體吸附在表面的行為叫做潤濕,例如清晨樹葉上的露珠。接觸角作為固體表面固氣液三相交界處氣液界面的切線,是潤濕性的量度。傳統(tǒng)對接觸角的探索主要是實驗研究等方法,這些方法對接觸角的規(guī)律性進(jìn)行了闡述,卻沒有從作用機理上對潤濕行為解釋。本文采用分子動力學(xué)模擬的方法,將接觸角作為切入點,在獲取分子結(jié)構(gòu)和運動信息的基礎(chǔ)上,從微觀角度了解接觸角的形成過程,對潤濕行為的研究延伸到分子層面。本文分別建立了氬和水分子組成的氣液共存體系、納米液滴在光滑表面,振動表面以及由方柱組成的粗糙表面潤濕的模型,從固液相互作用、水分子模型、固體表面的排列和振動四個方面討論了光滑表面液滴受到的影響,以及導(dǎo)致粗糙表面接觸角形態(tài)差異和滯后性的原因。首先,液滴在光滑表面潤濕的過程中,固體和液體之間的作用強度決定了液體排除固體表面空氣的能力,對接觸角的形成起到了主導(dǎo)作用;通過對不同水分子模型的模擬結(jié)果表明,分子結(jié)構(gòu)和電荷攜帶量是水分子模型的主要差異所在,庫倫勢能占據(jù)水分子內(nèi)部勢能的主要部分,決定了水分子之間的相互作用力,導(dǎo)致接觸角的不同;不同固體表面排列方式,使得表面對水分子的相互作用有所不同,排列更為緊密的(111)表面的接觸角更小;對比不同溫度液滴的接觸角,發(fā)現(xiàn)接觸角因為氣液界面的差異有所區(qū)別。其次,利用分子動力學(xué)模擬的方法研究了微納米液滴在法向機械振動固體光滑表面的振動特性,認(rèn)為液滴受迫振動受力與質(zhì)心運動周期與驅(qū)動激勵周期相同;振動周期和振幅均對液滴的運動規(guī)律產(chǎn)生影響,并且兩者作用相反;液滴在有簡諧激勵的光滑表面,都會收到振動輸入的能量,當(dāng)輸入的能量達(dá)到臨界值,液滴會克服固體表面能量的閾值,最終脫離固體表面。最后,對粗糙表面的模擬結(jié)果表明,粗糙度和方柱分辨率分別是影響Wenzel形態(tài)和Cassie形態(tài)表面接觸角的主要因素。經(jīng)過改變粗糙度和方柱分辨率以及將固體表面視為外部振動激勵發(fā)現(xiàn),通過增大方柱的高度改變粗糙度和施加固體表面的機械振動是較為有效的將液滴從Wenzel形態(tài)轉(zhuǎn)化為Cassie形態(tài)的轉(zhuǎn)化的方式。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK124
【部分圖文】：

背景及意義面的潤濕行為是平時我們非常熟悉的一種物理現(xiàn)懸掛的水珠，都是潤濕行為最直觀的表現(xiàn)。受到為利用在生活中的方方面面，尤其是超疏水表面，屏幕的疏水層等等，由此可預(yù)見，潤濕行為有著廣體表面相變換熱的換熱性能也有很大的影響。通常凝結(jié)，此時的表面凝結(jié)換熱效率會提高 1 到 2 個表面的凝結(jié)換熱效率進(jìn)一步增強。船用冷凝器作為組成部分，其換熱性能對艦艇的主動力系統(tǒng)有著疏水表面的技術(shù)應(yīng)用于冷凝器，不僅可以促進(jìn)冷長達(dá)到一定尺寸后會發(fā)生滾動現(xiàn)象，并融合其他潔的功能。

圖 1.2 氣液共存系統(tǒng)人[22]利用氬（Ar）分子系統(tǒng)對氣斷半徑對氣液共存系統(tǒng)內(nèi)分子的密宏觀物理量——表面張力的表征方huk 等[23]人同時采用了分子動力學(xué)果性質(zhì)相同，驗證了分子動力學(xué)對分子動力學(xué)對氬分子和水分子團(tuán)簇力結(jié)果與實驗結(jié)果相近。Mecke 等合體系進(jìn)行了模擬，從分子分布密界面具有連續(xù)變化的特點。Tsuruta于液面的速度決定了氣液之間的交Kr）作為工質(zhì)，對氣液界面進(jìn)行了面是有序分布的，而且在截斷半徑[29]對多個溫度的 Lennard-Jones 流

圖 1.1 Young 接觸角人[42]從能量觀點導(dǎo)出了 Young 方程，在液滴潤濕行為穩(wěn)定后態(tài)，將液滴移動產(chǎn)生一個小的位移，使各項界面的面積發(fā)生dALG，則系統(tǒng)的自由焓的變化為SL SL SG SG LG LGdG = γ dA + γ dA +γdA動時，有：cosSG SLLG SLdA dAdA θdA= =和式（1.3）可知：( cos )LG SG SL SLdG = γ θ γ +γdA，dG=0，故cosSG SL LGγ = γ +γ θ

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2821927