本文關(guān)鍵詞：液體單向滲透機(jī)理分子動(dòng)力學(xué)模擬研究

  更多相關(guān)文章： 均一孔道 非均一孔道 單向滲透 分子動(dòng)力學(xué)模擬 噴涂

【摘要】：單向滲透材料具有單向傳輸液體的能力而得到研究者的廣泛關(guān)注,在智能纖維、分離技術(shù)、燃料電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。單向滲透與基體的潤(rùn)濕性質(zhì)、厚度及孔道結(jié)構(gòu)等均有關(guān)系,但是對(duì)于其單向滲透的機(jī)理缺乏一個(gè)微觀的解釋。本文以分子動(dòng)力學(xué)模擬為手段研究單向滲透的機(jī)理和規(guī)律,在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)單向?qū)w維的制備。以單原子固液體系為研究對(duì)象,從勢(shì)能角度研究了液體在均一潤(rùn)濕性孔道中的滲透特性。在親水性孔道中滲透時(shí),入口處為勢(shì)阱,出口處為勢(shì)壘；在滲透過程中前端凹液面的滲透速度與經(jīng)典毛細(xì)運(yùn)動(dòng)方程及文獻(xiàn)結(jié)果有較好的吻合。疏水性孔道入口處對(duì)液體是一個(gè)較強(qiáng)的勢(shì)壘,液體需在外加重力的作用下克服勢(shì)壘才能滲入�？疾炝艘后w在非均一潤(rùn)濕性孔道中的單向滲透特性。從微觀角度研究了單向滲透的機(jī)理,疏水層到親水層(正方向)滲透過程中勢(shì)能逐漸減弱,是自發(fā)過程；親水層到疏水層(反方向)滲透過程勢(shì)能逐漸增大,是非自發(fā)過程。正方向滲透過程分為兩個(gè)階段,首先液體滲入整個(gè)孔道,是一個(gè)快速過程,驅(qū)動(dòng)力為親水層的吸引力,需克服疏水層孔道的勢(shì)壘；接著液滴滲過孔道,是一個(gè)慢速過程,。親水層具有較低的相互作用能量,液滴逐漸滲過孔道到達(dá)能量最低的親水層。反方向滲透時(shí),液滴首先接觸到能量最低的親水層,在沒有外力的作用下,液體不能滲過孔道。揭示了液體單向滲透的基本規(guī)律。親水層親水性較強(qiáng),且厚度較大時(shí),驅(qū)動(dòng)力更大,更傾向于具有單向滲透的性能且正方向反方向滲透壓差別較大,滲透速度快；疏水層疏水性較弱且厚度較薄時(shí),滲透阻力較小,會(huì)有利于單向滲透；孔徑增大使得單向滲透更為容易,滲透速度更快。外加重力場(chǎng)的存在使得兩層基體潤(rùn)濕性、孔徑及疏水層厚度在更大范圍內(nèi)具有單向滲透的特性,拓寬了單向滲透對(duì)材料的要求。減小疏水層疏水性及厚度,增大親水層潤(rùn)濕性及厚度,增大孔徑,在反重力場(chǎng)下依然具有單向滲透的性能,其滲透機(jī)理與無重力情況類似。采用溶液噴涂的方法,以滌綸纖維為基材,在纖維一側(cè)噴涂PS/氯仿溶液,形成由疏水性較弱且厚度小的疏水層和超親水性且厚度大的親水層組成的纖維薄膜。具有單向?qū)男阅?正方向和反方向滲透壓有較大差值。
【關(guān)鍵詞】：均一孔道 非均一孔道 單向滲透 分子動(dòng)力學(xué)模擬 噴涂
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ028.8
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-19
• 第1章 前言19-21
• 第2章 文獻(xiàn)綜述21-43
• 2.1 表面潤(rùn)濕及毛細(xì)運(yùn)動(dòng)21-25
• 2.1.1 表面潤(rùn)濕基本理論21-24
• 2.1.2 毛細(xì)運(yùn)動(dòng)24-25
• 2.2 平面單向傳導(dǎo)25-27
• 2.3 三維單向滲透27-32
• 2.3.1 單向?qū)?/span>27-30
• 2.3.2 單向?qū)в?/span>30-31
• 2.3.3 單向滲透機(jī)理分析31-32
• 2.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬32-40
• 2.4.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬簡(jiǎn)介32-37
• 2.4.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬的應(yīng)用37-40
• 2.5 課題的提出40-43
• 第3章 均一潤(rùn)濕性孔道內(nèi)滲透特性分子動(dòng)力學(xué)模擬43-63
• 3.1 模擬體系的構(gòu)建及力場(chǎng)43-45
• 3.1.1 體系構(gòu)建43-44
• 3.1.2 力場(chǎng)44-45
• 3.2 模擬方法及滲透壓表征方法45-46
• 3.2.1 模擬方法45-46
• 3.2.2 滲透壓表征方法46
• 3.3 結(jié)果與討論46-62
• 3.3.1 無重力時(shí)液滴在孔道中的滲透特性分析46-52
• 3.3.2 外加重力場(chǎng)時(shí)液滴在孔道中的滲透特性52-57
• 3.3.3 潤(rùn)濕性的影響57-58
• 3.3.4 孔徑的影響58-60
• 3.3.5 厚度的影響60-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 第4章 非均一潤(rùn)濕性孔道單向滲透特性分子動(dòng)力學(xué)模擬63-89
• 4.1 模擬體系的構(gòu)建及力場(chǎng)63-64
• 4.2 模擬過程64
• 4.3 結(jié)果與討論64-87
• 4.3.1 液滴單向滲透機(jī)理分析64-68
• 4.3.2 潤(rùn)濕性的影響68-76
• 4.3.3 孔徑的影響76-80
• 4.3.4 厚度的影響80-84
• 4.3.5 反重力場(chǎng)下單向滲透84-87
• 4.4 本章小結(jié)87-89
• 第5章 單向?qū)w維薄膜的制備89-103
• 5.1 前言89
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分89-92
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置89-90
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)過程90-91
• 5.2.3 測(cè)試與表征91-92
• 5.3 結(jié)果與討論92-101
• 5.3.1 單向?qū)阅芊治?/span>92-95
• 5.3.2 溶劑對(duì)滲透的影響95-97
• 5.3.3 聚合物疏水程度對(duì)滲透的影響97-99
• 5.3.4 基體親水程度對(duì)滲透的影響99-101
• 5.4 本章小結(jié)101-103
• 第6章 結(jié)論與展望103-105
• 6.1 結(jié)論103-104
• 6.2 展望104-105
• 參考文獻(xiàn)105-115
• 作者簡(jiǎn)介115

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