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電場作用下水液膜的蒸發(fā)特性研究

發(fā)布時(shí)間:2021-02-07 19:28
  諸多微電子和納米技術(shù)領(lǐng)域采用外部電場作為驅(qū)動(dòng)力,如靜電紡絲、噴墨打印、納米制造以及靜電噴涂等,在這些技術(shù)應(yīng)用中,電場作用下液滴或液膜蒸發(fā)是關(guān)鍵的基本物理過程之一,較高的蒸發(fā)速率至關(guān)重要。施加電場不需要形成閉合回路、操作簡單、運(yùn)行費(fèi)用低,且外加電場能夠顯著強(qiáng)化蒸發(fā),因此備受人們重視。目前的研究對(duì)于電場強(qiáng)化液體蒸發(fā)的微觀機(jī)理尚不明晰,且對(duì)于不同電場形式對(duì)蒸發(fā)的影響沒有進(jìn)行詳細(xì)討論。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬電場作用下納米水液膜的蒸發(fā)行為,從分子角度揭示電場強(qiáng)化水液膜蒸發(fā)的微觀機(jī)理,分析電場強(qiáng)度、電場方向及直流與交變形式電場對(duì)納米水液膜蒸發(fā)速率的影響規(guī)律,為高新技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。直流電場作用下溶鹽液膜蒸發(fā)結(jié)果表明,施加Ex(電場平行于液膜表面方向)電場顯著提高液膜的蒸發(fā)速率;在電場Ex=0.2 V nm-1和Ex=0.3 V nm-1作用下溶鹽液膜(含2240個(gè)水分子)蒸發(fā)速率分別是無電場時(shí)的2.86和5.72倍。從分子角度觀察發(fā)現(xiàn),溶鹽液膜中自由離子在高壓電場作用下加速運(yùn)動(dòng),由于離子具有水化作用,水化團(tuán)簇中的水分子與離子一起加速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致水分子之間相互作用減弱,致使水分子更... 

【文章來源】:東北電力大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】:58 頁

【學(xué)位級(jí)別】:碩士

【部分圖文】:

電場作用下水液膜的蒸發(fā)特性研究


圖2-1分子動(dòng)力學(xué)模擬基本步驟??-10-??

分子動(dòng)力學(xué)模擬,初始模型


'?4.400?0.4184?-1.0000??Na+?2.583?0.4184?+1.0000??Li+?1.505?0.6904?+1.0000??Ca2+?2.895?0.4184?+2.0000??O?3.1660?0.0067?-0.8476???H?0.0000?0.0000?+0.4238??2.4液膜初始幾何模型??針對(duì)某個(gè)具體的宏觀問題,首先應(yīng)該合理的進(jìn)行初始幾何模型建設(shè)和模擬設(shè)奴,??這兒點(diǎn)是分子動(dòng)力學(xué)模擬的關(guān)鍵。如圖2-2所示為分子動(dòng)力學(xué)模擬初始兒何模型,尺??寸為3.6x3.6x10.0?nm3,模擬盒子為長方體結(jié)構(gòu),分為固態(tài)平板區(qū)域、液態(tài)水區(qū)域和水??分子蒸發(fā)區(qū)域三個(gè)區(qū)域。模擬盒子底部的紫色固態(tài)金屬平板山972個(gè)Au原子組成,??厚度為1.2?nm,面心立方結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)為0.408?nm,Au原子共有6層,出于防止??Au平板變形的目的,最底層被人為的設(shè)置為固定M,上面5紀(jì)應(yīng)用Nose-IIoover方法??作為恒溫?zé)嵩磳?duì)水液膜進(jìn)行加熱[841;液膜尺寸為3.6x5.7x3.6nm3,,由2240個(gè)H20??分子、50個(gè)Na+和50個(gè)Cr組成。其中,X和Z方向設(shè)置為周期性邊界條件,Y?:/j向??為岡定邊界條件。在H20分子蒸發(fā)階段,模擬盒子壓力逐漸升高會(huì)影響模擬速度和蒸??發(fā)速率,為了排除壓力的影響,在模擬盒子上方設(shè)置一個(gè)蒸發(fā)區(qū)域,當(dāng)氣態(tài)水分子到??達(dá)此IX:域就被模擬系統(tǒng)刪除。??'It??-ii?'堯?^.luui??169.4/。??water??ilgi?^??圖2-2分子動(dòng)力學(xué)模擬初始模型??-12-??

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?第2章電場下納米液膜的分子動(dòng)力學(xué)建模???之維持在298?K左右,計(jì)算Ins確保體系在蒸發(fā)之前能夠達(dá)到平衡狀態(tài),平衡期間不??施加電場[91]。蒸發(fā)階段,對(duì)體系施加X和Y方向不同強(qiáng)度的均勻空間電場,出于讓液??膜蒸發(fā)的目的,對(duì)Au平板應(yīng)用Nose-Hoover恒溫法,使Au原子溫度迅速升至500?K,??由此Au平板可以作為熱源加熱納米水液膜。如果H20分子周圍4.34A范圍內(nèi)配位數(shù)??24,則判定這個(gè)H20分子為液相水分子,如果<4,則判定為氣相水分子[2?]。??圖2-4為不施加電場時(shí)納米水液膜隨時(shí)間的蒸發(fā)演化過程,在/=0?ns時(shí),Au平板??溫度由298?K升至500?K,納米水液膜受熱;連?>0.32?ns時(shí),可以觀察到液膜高度升??高,這是由于液膜受熱膨脹所致;當(dāng)P0.32?ns之后,隨著液膜逐漸蒸發(fā),厚度不斷下??降;當(dāng)f=6ns時(shí),水分子基本蒸發(fā)完全,Na+和C1-留在Au表面上,呈有規(guī)則的晶格??結(jié)構(gòu)。'??S?_議…??]yys??f=0?ns?r=0.32?us?/=1.2?ns?t=4.5?ns?(=6?ns??圖2-4溶鹽液膜蒸發(fā)過程的模擬照片??本文采用LAMMPS進(jìn)行模擬,LAMMPS與其他荇圖形界而的軟件不同,用戶須??編寫特定文件來進(jìn)行一系列操作,這些文件有自己獨(dú)特的格式,主要包含各原子的空??間坐標(biāo)、成鍵方式和系數(shù)等;LAMMPS所輸出的數(shù)據(jù)需要后處理軟件;類似于圖2-4??這樣的模擬照片采用VMD展示,VMD是一個(gè)分子可視化程序,是伊利諾伊大學(xué)香??檳分校開發(fā)的開源可視化軟件,VMD可以展示大型生物分子體系,也可以制成動(dòng)畫。??2.7?本章小結(jié)??數(shù)值模擬、理論


本文編號(hào):3022713

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