本文選題：離子液體　切入點：潤濕　出處：《蘭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：針對納米尺度液滴潤濕及電潤濕行為的研究已成為當(dāng)今微納流體操控領(lǐng)域內(nèi)的重要研究內(nèi)容,在光學(xué)、物理化學(xué)以及生物學(xué)和電機(jī)工程等諸多研究領(lǐng)域都獲得廣泛的關(guān)注。目前對納米尺度下液滴電潤濕行為的研究大多針對甲醇、乙醇、純水以及氯化鈉等無機(jī)鹽的水溶液,與上述傳統(tǒng)的溶液相比,室溫離子液體具有環(huán)境友好、對健康無害以及熱穩(wěn)定性良好和可設(shè)計組合性等特殊性質(zhì),在基于液體的納米機(jī)電系統(tǒng)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有著巨大的潛在應(yīng)用�；谶@樣的背景,本文對納米尺度下含室溫離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EMIM][BF4])的水滴在單層石墨烯表面上的潤濕行為以及電潤濕行為進(jìn)行了分子動力學(xué)模擬研究。本文的研究過程中,未加電場時納米水滴的平衡接觸角隨著其包含離子液體陰陽離子對數(shù)量的增多和溫度的升高而減小,通過計算徑向分布函數(shù)發(fā)現(xiàn)隨著納米水滴中陰陽離子對數(shù)量的增多,離子液體陰陽離子之間、水分子與水分子之間的相互作用力明顯強(qiáng)于離子液體陰陽離子與水分子之間的互相作用力。進(jìn)一步分析納米水滴中陰陽離子的數(shù)量密度分布規(guī)律,得出陰陽離子與石墨烯基底的相互作用規(guī)律,納米水滴在固體基底附近形成較強(qiáng)的吸收層,導(dǎo)致納米水滴與石墨烯基底的平衡接觸角隨著陰陽離子對數(shù)量的增多而顯著的減小,進(jìn)而加強(qiáng)了石墨烯表面的潤濕性。在外加電場強(qiáng)度不變的情況下,隨著納米水滴中陰陽離子對數(shù)目的增多,水滴形態(tài)呈對稱性-不對稱性的變化,并且納米水滴到達(dá)平衡狀態(tài)所需要的時間隨水滴中陰陽離子對數(shù)量的增加而減少。當(dāng)外加電場強(qiáng)度較弱時,納米水滴通過不對稱性形變達(dá)到平衡狀態(tài);當(dāng)外加電場較強(qiáng)時,納米水滴將通過對稱性形變達(dá)到平衡狀態(tài)。本論文的研究結(jié)果表明外加電場強(qiáng)度的增強(qiáng)和陰陽離子對數(shù)量的增加可以改善納米水滴的潤濕行為,揭示了離子液體中陰陽離子與水分子間相互作用機(jī)制,為電潤濕在生物分子傳感等納米機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:The study of nano-scale droplet wetting and electrical wetting behavior has become an important research content in the field of micro-nano fluid manipulation, and has been widely concerned in many fields such as optics, physics and chemistry, biology and electrical engineering.At present, most of the researches on the electrical wetting behavior of droplets at nanometer scale are focused on the aqueous solutions of inorganic salts such as methanol, ethanol, pure water and sodium chloride. Compared with the traditional solutions mentioned above, the room temperature ionic liquids are environmentally friendly.It has great potential applications in liquid based nano-electromechanical systems and biomedical fields due to its special properties such as good thermal stability and design combination.Based on this background, the wetting behavior and electrowetting behavior of water droplets containing room temperature ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([EMIM] [BF4]) on the surface of graphene monolayers have been studied by molecular dynamics simulation.In the course of this study, the equilibrium contact angle of nanoscale water droplets decreases with the increase of the number of anionic and cationic pairs and the increase of temperature without electric field.By calculating the radial distribution function, it is found that with the increase of the number of anionic and cationic pairs in nanometer-sized water droplets,The interaction between water molecules and water molecules is stronger than that between anions and water molecules.The quantitative density distribution of anions and anions in nanometer-sized water droplets was further analyzed, and the interaction between anions and graphene substrates was obtained. A strong absorption layer was formed near the solid substrates by nano-water droplets.The equilibrium contact angle between nano-water droplets and graphene substrates decreases significantly with the increase of the number of anionic and cationic pairs, thus enhancing the wettability of graphene surface.Under the condition of constant applied electric field, with the increase of the number of cationic and cationic ion pairs in nanometer-sized water droplets, the morphology of water droplets changes symmetrically and unsymmetrically.And the time required for the nanocrystalline water droplets to reach the equilibrium state decreases with the increase of the number of anionic and cationic pairs in the droplets.When the applied electric field intensity is weak, the equilibrium state of nano-water droplets can be achieved by asymmetric deformation, and when the applied electric field is strong, the nano-water droplets will reach equilibrium state through symmetrical deformation.It provides a theoretical basis for the application of electrical wetting in nano-electromechanical systems such as biomolecular sensing.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O647.5;TB383.1

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本文編號：1690257