【摘要】：二維有序水結(jié)構(gòu)一直以來在實驗和理論模擬兩方面都得到了廣泛研究。人們已經(jīng)認識到,這種有序水不僅表現(xiàn)出許多新的行為,而且還能影響表面的各種性質(zhì),如表面電化學(xué)性質(zhì)、表面潤濕性和表面摩擦等。在我們的研究工作中的兩個表面都是平面六角形結(jié)構(gòu),只是原子與原子之間的鍵長不一樣。我們發(fā)現(xiàn),對于鍵長為0.142nm的表面的第一層水較之于鍵長為0.170nm表面的第一層水更有序,而且有序水上面的水分子擴散更快,這是由于有序水層中的水分子和水層上面的水分子之間形成的氫鍵數(shù)目減少所致。這些水分子具有有序的水分子結(jié)構(gòu),其特征是水分子偶極的弛豫時間慢,第一層氫鍵的壽命更長。在這篇文章中,我們通過分子動力學(xué)模擬研究了不同類型表面上水分子的擴散行為、氫鍵動力學(xué)以及水分子的結(jié)構(gòu)。通常,我們所研究的水分子的擴散一部分是由界面相互作用決定的,這一點通常也是表面親水性或疏水性的判斷來源,因此,一般情況下我們認為疏水表面上的擴散較之于親水表面是更快的。我們的工作與在親水固體表面上水分子緩慢的自擴散行為的傳統(tǒng)觀念相反,為加快親水表面附近的水自擴散提供了一種新的途徑�？紤]到室溫下有序水已經(jīng)廣泛存在于各種材料表面,我們這項工作將會在納米材料等領(lǐng)域產(chǎn)生重要的影響。
【圖文】：

緒論3圖1.1 氣-液-固接觸角示意圖（圖片來源于文獻[22]）Figure1.1 Gas-liquid-solid contact angle diagram之前的研究指出固體界面是否容易被位于其上的液體浸濕主要是受該固液界面張力大小影響的。落在水平固體表面上的一滴液體，當(dāng)這滴液體的狀態(tài)達到平衡時，固體界面的張力與該過程中所形成的固液界面的接觸角兩者之間的關(guān)系滿足如下的楊氏公式（Young Equation）[23]:γSV= γSL+ γLV×cosθ ………………… （1.1）借助于楊氏公式可以明顯看出我們可以借助于接觸角的數(shù)值來表示固體表面的潤濕情況，以此來表征表面的各種性質(zhì)。材料的親水性可以表征為材料表面容易被水浸濕的性質(zhì)，同樣的，材料的疏水性則可以表征為其不容易被水浸濕的性質(zhì)，這表現(xiàn)為一種界面現(xiàn)象，之前的研究指出親水性材料的潤濕過程中物質(zhì)界面會發(fā)生能量和性質(zhì)的變化。一般情況下，我們可以根據(jù)固體界面是否容易被水浸濕，將固體表面分為親水性表面和疏水性表面兩種[24,25]。下圖 1.2 形象地展示了親水與疏水材料表面上水的存在形態(tài)。同時

圖 1.2 親水與疏水表面上水的形態(tài)（圖片來源于百度百科）Figure1.2 Water form on hydrophilic and hydrophobic surfaces之前我們課題組的王春雷老師等人通過對表面上水的特性進行理論研究和分析，發(fā)現(xiàn)了常溫條件下在具有特殊結(jié)構(gòu)的特殊極性模型表面上存在的液態(tài)水有時可以表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，其中包括親水材料表面上的部分水分子可以以液滴的形式存在，該結(jié)論的得出是通過分子動力學(xué)技術(shù)進行模擬，發(fā)現(xiàn)了水滴能夠在一層有序的單分子水層上穩(wěn)定存在這一現(xiàn)象，該現(xiàn)象如圖 1.3 所示。之所以出現(xiàn)這種特殊的有序單層水結(jié)構(gòu)上面存在液滴的現(xiàn)象的原因是，這種表面的特殊電荷分布，這種特殊的電荷分布使得表面上的第一層水結(jié)構(gòu)很有序，因此導(dǎo)致位于該有序單層水內(nèi)的水分子更傾向于彼此之間形成更多的氫鍵，，而該有序單層水與位于其上的水層內(nèi)的水分子之間形成的氫鍵數(shù)目減少，這就使得該有序單層水與其上
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O561

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本文編號：2624373