發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 22:15

【摘要】：潤(rùn)濕性是材料表面的重要特征之一,表面可控潤(rùn)濕性的研究無(wú)論在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用方面都有著重要的意義。本論文的研究?jī)?nèi)容主要是使用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法討論微/納尺度下水在固體表面上的性質(zhì),主要工作如下:(1)建立了水滴在不同形貌微結(jié)構(gòu)表面上的分子動(dòng)力學(xué)模型,模擬中水滴通過(guò)表面能梯度驅(qū)動(dòng)發(fā)生運(yùn)動(dòng),排除了外部條件對(duì)模擬結(jié)果的影響。結(jié)合運(yùn)動(dòng)性優(yōu)良和輸水穩(wěn)定性高的要求,本文提出了一種槽-釘混合狀的表面微結(jié)構(gòu),該微結(jié)構(gòu)可以使水滴在固體表面上沿溝槽方向運(yùn)動(dòng)時(shí)受到較小的粘滯阻力又不會(huì)輕易喪失疏水性。(2)建立了潤(rùn)濕可控的石墨烯表面模型,從直觀的接觸角的角度出發(fā)討論了水滴在從疏水到親水的多種潤(rùn)濕組合構(gòu)成的石墨烯表面上的運(yùn)動(dòng)行為。研究發(fā)現(xiàn)潤(rùn)濕梯度驅(qū)動(dòng)下水滴運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制可以通過(guò)調(diào)節(jié)固體表面的潤(rùn)濕性來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究還發(fā)現(xiàn)水滴在潤(rùn)濕梯度驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)方式與坦克履帶的運(yùn)動(dòng)方式類似:在水滴隨著質(zhì)心沿潤(rùn)濕梯度方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)其內(nèi)部水分子也在圍繞質(zhì)心做著逆時(shí)針的運(yùn)動(dòng)。水滴的這種運(yùn)動(dòng)方式將為自清潔功能表面的制造提供參考。(3)建立了潤(rùn)濕性不均勻的石墨烯納米通道模型,水分子在不同外部壓力的作用下通過(guò)不均勻潤(rùn)濕位置可變的石墨烯納米通道。通過(guò)分析水在通道內(nèi)的流率、剪切粘度、毛細(xì)力、沿通道高度方向的密度分布和表觀摩擦系數(shù),揭示了由于不均勻潤(rùn)濕位置改變而使壓力作用下水在不均勻潤(rùn)濕納米通道內(nèi)的輸運(yùn)性質(zhì)發(fā)生變化的規(guī)律。(4)建立了不同尺寸納米水滴滲透進(jìn)入碳納米管內(nèi)的分子動(dòng)力學(xué)模型。模擬結(jié)果顯示:在納米尺度下,水滴的毛細(xì)吸入行為不同于體相水的毛細(xì)吸入行為,即毛細(xì)吸入規(guī)律不再完全符合傳統(tǒng)的Lucas-Washburn關(guān)系,此時(shí)毛細(xì)吸入行為與水滴的尺寸密切相關(guān)。另外,還討論了水滴在親水性碳納米管內(nèi)的吸入行為以及模擬系統(tǒng)中開孔石墨烯平板的潤(rùn)濕性對(duì)水滴毛細(xì)吸入行為的影響。研究結(jié)果有望為在干旱空氣中集水和海水淡化等實(shí)際應(yīng)用提供參考。
【圖文】：

自然界中4種典型的生物現(xiàn)象和其表面微結(jié)構(gòu)

圖 1-2 液體在固體表面上的鋪展可以發(fā)現(xiàn)，從能量角度分析液體在固體表面上的存在狀態(tài)比較抽象。的只是它的最終存在狀態(tài)，此時(shí)就可以用更加直觀的接觸角來(lái)表達(dá)。力極其強(qiáng)的表面之外，大部分情況下，液體與固體表面接觸后并不會(huì)
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O647.5;TB383.1

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5 曹晨e，

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