發(fā)布時(shí)間：2017-08-07 12:32

  本文關(guān)鍵詞：液態(tài)Li在固體Cu和Fe表面潤(rùn)濕性的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究

  更多相關(guān)文章： 潤(rùn)濕性 分子動(dòng)力學(xué) 固液界面 前驅(qū)膜

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的日益增長(zhǎng),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(guān)注。實(shí)現(xiàn)核聚變能的關(guān)鍵之處是要解決第一壁材料的問題。聚變反應(yīng)堆中的第一壁材料包括了轉(zhuǎn)移第一壁熱負(fù)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(fù)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(zhì)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(dòng)。因此,探究液態(tài)金屬Li在其流動(dòng)的固體表面上的潤(rùn)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(rùn)濕性,可以有效地改善材料的性能,從而提高材料的使用價(jià)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(rùn)濕性。本文運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法和MAEAM勢(shì)模擬計(jì)算Li液滴在不同的Cu和Fe表面的潤(rùn)濕性,通過觀察前驅(qū)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(jié)構(gòu)和溫度對(duì)其潤(rùn)濕性的影響。Li液滴在基底Cu和Fe表面上擴(kuò)散時(shí)均會(huì)形成前驅(qū)膜,其中在Cu(100), Cu(111)以及Fe(110), Fe(111)表面上形成的前驅(qū)膜呈現(xiàn)為正圓形,但是在Cu(110)表面上形成的前驅(qū)膜呈現(xiàn)出了橢圓形,而Fe(100)表面上的前驅(qū)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(duì)的平整,沒有發(fā)生表面合金反應(yīng),因此表面上所形成的前驅(qū)膜為單原子層厚度的純Li膜。然而Li-Cu(110)和Li-Fe(111)潤(rùn)濕體系中的固液界面則相對(duì)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(qū)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(xì)微不易察覺的表面合金化反應(yīng),僅有極少數(shù)的基底Fe原子進(jìn)入到了液滴當(dāng)中,形成了多層厚度的前驅(qū)膜。在Li-Cu潤(rùn)濕體系中,由于Li原子在Cu(111)表面上的擴(kuò)散勢(shì)壘更小,Li液滴在其表面上擴(kuò)散的速度也就比在Cu(100)表面上擴(kuò)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(qū)膜的Cu(110)表面沿著[001]晶向上。對(duì)于Li-Fe潤(rùn)濕體系來說,Li液滴在Fe(110)表面上的潤(rùn)濕性最好,為完全潤(rùn)濕,其次為Fe(111)表面,Fe(100)表面上液滴的擴(kuò)散速度最慢�？傊�,同溫度下Li液滴表現(xiàn)出不同的潤(rùn)濕特性取決于不同的基底結(jié)構(gòu)對(duì)其的影響。此外,本文還研究了Li液滴潤(rùn)濕性的溫度效應(yīng),發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,Li-Cu(100)和Li-Fe(100)體系的潤(rùn)濕性都更好。本文的研究希望對(duì)研究Li-Cu, Li-Fe材料相關(guān)特性的實(shí)驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：潤(rùn)濕性 分子動(dòng)力學(xué) 固液界面 前驅(qū)膜
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(rùn)濕性的簡(jiǎn)介14-16
• 1.3 潤(rùn)濕性的研究進(jìn)展16-17
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)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(dòng)力學(xué)方法18-21
• 2.2.1 分子動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介18-19
• 2.2.2 有限差分法19-21
• 2.2.3 系綜簡(jiǎn)介21
• 2.3 改進(jìn)分析型嵌入原子勢(shì)(MAEAM)21-22
• 2.4 模型的構(gòu)建22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 前驅(qū)膜的概念及性質(zhì)25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 Li-Cu潤(rùn)濕體系中形成的前驅(qū)膜25-29
• 3.3 Li-Fe潤(rùn)濕體系中形成的前驅(qū)膜29-31
• 3.4 溫度對(duì)前驅(qū)膜鋪展的影響31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第4章 固液界面的相關(guān)特性33-39
• 4.1 引言33
• 4.2 Li-Cu潤(rùn)濕體系中固液界面的相關(guān)性質(zhì)33-35
• 4.3 Li-Fe潤(rùn)濕體系中固液界面的相關(guān)性質(zhì)35-36
• 4.4 溫度對(duì)固液界面的影響36-37
• 4.5 本章小結(jié)37-39
• 第5章 Li液滴的擴(kuò)散半徑與接觸角39-44
• 5.1 引言39
• 5.2 Li-Cu潤(rùn)濕體系中Li液滴的擴(kuò)散半徑與接觸角39-41
• 5.3 Li-Fe潤(rùn)濕體系中Li液滴的擴(kuò)散半徑和接觸角41-43
• 5.4 本章小結(jié)43-44
• 結(jié)論44-45
• 參考文獻(xiàn)45-51
• 致謝51-52
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄52

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