本文關鍵詞：液態(tài)Li在固體Cu和Fe表面潤濕性的分子動力學模擬研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟的日益增長,能源緊缺的問題也逐漸凸顯。核能,特別是核聚變能,作為一種無限,清潔,安全的新型能源而備受關注。實現(xiàn)核聚變能的關鍵之處是要解決第一壁材料的問題。聚變反應堆中的第一壁材料包括了轉移第一壁熱負荷的偏濾器和阻擋等離子體撞擊真空腔的限制器。液態(tài)金屬Li,作為可以承受較高的表面熱負荷和高通量中子輻射的液態(tài)偏濾器的候選組成材料之一,能夠有效地降低雜質和提高等離子體的性能,前提條件是要保證液態(tài)金屬Li能夠在偏濾器中的固體材料表面上不停地流動。因此,探究液態(tài)金屬Li在其流動的固體表面上的潤濕性就非常必要。此外,深入地探究液滴與固體材料表面之間的潤濕性,可以有效地改善材料的性能,從而提高材料的使用價值。本文主要探究了液態(tài)金屬Li分別在固體Cu和Fe表面上的潤濕性。本文運用分子動力學方法和MAEAM勢模擬計算Li液滴在不同的Cu和Fe表面的潤濕性,通過觀察前驅膜和固液界面的特性,以及液滴接觸角的變化來分析基底結構和溫度對其潤濕性的影響。Li液滴在基底Cu和Fe表面上擴散時均會形成前驅膜,其中在Cu(100), Cu(111)以及Fe(110), Fe(111)表面上形成的前驅膜呈現(xiàn)為正圓形,但是在Cu(110)表面上形成的前驅膜呈現(xiàn)出了橢圓形,而Fe(100)表面上的前驅膜最終則呈現(xiàn)出了方圓形。Cu(100),(111)以及Fe(100),(110)表面上的固液界面相對的平整,沒有發(fā)生表面合金反應,因此表面上所形成的前驅膜為單原子層厚度的純Li膜。然而Li-Cu(110)和Li-Fe(111)潤濕體系中的固液界面則相對的混亂,Li液滴在Cu(100)表面上發(fā)生了明顯的液滴原子與基底原子相互交換位置的現(xiàn)象,形成的前驅膜為單原子層厚度的Li-Cu合金層,Li液滴在Fe(111)表面上發(fā)生了非常細微不易察覺的表面合金化反應,僅有極少數(shù)的基底Fe原子進入到了液滴當中,形成了多層厚度的前驅膜。在Li-Cu潤濕體系中,由于Li原子在Cu(111)表面上的擴散勢壘更小,Li液滴在其表面上擴散的速度也就比在Cu(100)表面上擴散得更快。Li液滴在Cu(111)表面上的接觸角最小,最大的液滴接觸角則出現(xiàn)在沒有形成前驅膜的Cu(110)表面沿著[001]晶向上。對于Li-Fe潤濕體系來說,Li液滴在Fe(110)表面上的潤濕性最好,為完全潤濕,其次為Fe(111)表面,Fe(100)表面上液滴的擴散速度最慢�？傊�,同溫度下Li液滴表現(xiàn)出不同的潤濕特性取決于不同的基底結構對其的影響。此外,本文還研究了Li液滴潤濕性的溫度效應,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,Li-Cu(100)和Li-Fe(100)體系的潤濕性都更好。本文的研究希望對研究Li-Cu, Li-Fe材料相關特性的實驗研究提供理論依據(jù)。
【關鍵詞】：潤濕性 分子動力學 固液界面 前驅膜
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O614.111;O647
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 研究背景與意義12-14
• 1.2 潤濕性的簡介14-16
• 1.3 潤濕性的研究進展16-17
• 1.4 本文研究內容17-18
• 第2章 基本模型及方法介紹18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 分子動力學方法18-21
• 2.2.1 分子動力學簡介18-19
• 2.2.2 有限差分法19-21
• 2.2.3 系綜簡介21
• 2.3 改進分析型嵌入原子勢(MAEAM)21-22
• 2.4 模型的構建22-24
• 2.5 本章小結24-25
• 第3章 前驅膜的概念及性質25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 Li-Cu潤濕體系中形成的前驅膜25-29
• 3.3 Li-Fe潤濕體系中形成的前驅膜29-31
• 3.4 溫度對前驅膜鋪展的影響31-32
• 3.5 本章小結32-33
• 第4章 固液界面的相關特性33-39
• 4.1 引言33
• 4.2 Li-Cu潤濕體系中固液界面的相關性質33-35
• 4.3 Li-Fe潤濕體系中固液界面的相關性質35-36
• 4.4 溫度對固液界面的影響36-37
• 4.5 本章小結37-39
• 第5章 Li液滴的擴散半徑與接觸角39-44
• 5.1 引言39
• 5.2 Li-Cu潤濕體系中Li液滴的擴散半徑與接觸角39-41
• 5.3 Li-Fe潤濕體系中Li液滴的擴散半徑和接觸角41-43
• 5.4 本章小結43-44
• 結論44-45
• 參考文獻45-51
• 致謝51-52
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄52

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