當(dāng)暴露在空氣中的固體表面與液體發(fā)生接觸時(shí),液體取代了固體表面的空氣,被固體吸附在表面的行為叫做潤濕,例如清晨樹葉上的露珠。接觸角作為固體表面固氣液三相交界處氣液界面的切線,是潤濕性的量度。傳統(tǒng)對接觸角的探索主要是實(shí)驗(yàn)研究等方法,這些方法對接觸角的規(guī)律性進(jìn)行了闡述,卻沒有從作用機(jī)理上對潤濕行為解釋。本文采用分子動力學(xué)模擬的方法,將接觸角作為切入點(diǎn),在獲取分子結(jié)構(gòu)和運(yùn)動信息的基礎(chǔ)上,從微觀角度了解接觸角的形成過程,對潤濕行為的研究延伸到分子層面。本文分別建立了氬和水分子組成的氣液共存體系、納米液滴在光滑表面,振動表面以及由方柱組成的粗糙表面潤濕的模型,從固液相互作用、水分子模型、固體表面的排列和振動四個(gè)方面討論了光滑表面液滴受到的影響,以及導(dǎo)致粗糙表面接觸角形態(tài)差異和滯后性的原因。首先,液滴在光滑表面潤濕的過程中,固體和液體之間的作用強(qiáng)度決定了液體排除固體表面空氣的能力,對接觸角的形成起到了主導(dǎo)作用;通過對不同水分子模型的模擬結(jié)果表明,分子結(jié)構(gòu)和電荷攜帶量是水分子模型的主要差異所在,庫倫勢能占據(jù)水分子內(nèi)部勢能的主要部分,決定了水分子之間的相互作用力,導(dǎo)致接觸角的不同;不同固體表面排列方式,使得表面對水分子的相互作用有所不同,排列更為緊密的(111)表面的接觸角更小;對比不同溫度液滴的接觸角,發(fā)現(xiàn)接觸角因?yàn)闅庖航缑娴牟町愑兴鶇^(qū)別。其次,利用分子動力學(xué)模擬的方法研究了微納米液滴在法向機(jī)械振動固體光滑表面的振動特性,認(rèn)為液滴受迫振動受力與質(zhì)心運(yùn)動周期與驅(qū)動激勵(lì)周期相同;振動周期和振幅均對液滴的運(yùn)動規(guī)律產(chǎn)生影響,并且兩者作用相反;液滴在有簡諧激勵(lì)的光滑表面,都會收到振動輸入的能量,當(dāng)輸入的能量達(dá)到臨界值,液滴會克服固體表面能量的閾值,最終脫離固體表面。最后,對粗糙表面的模擬結(jié)果表明,粗糙度和方柱分辨率分別是影響Wenzel形態(tài)和Cassie形態(tài)表面接觸角的主要因素。經(jīng)過改變粗糙度和方柱分辨率以及將固體表面視為外部振動激勵(lì)發(fā)現(xiàn),通過增大方柱的高度改變粗糙度和施加固體表面的機(jī)械振動是較為有效的將液滴從Wenzel形態(tài)轉(zhuǎn)化為Cassie形態(tài)的轉(zhuǎn)化的方式。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK124
【部分圖文】：

背景及意義面的潤濕行為是平時(shí)我們非常熟悉的一種物理現(xiàn)懸掛的水珠，都是潤濕行為最直觀的表現(xiàn)。受到為利用在生活中的方方面面，尤其是超疏水表面，屏幕的疏水層等等，由此可預(yù)見，潤濕行為有著廣體表面相變換熱的換熱性能也有很大的影響。通常凝結(jié)，此時(shí)的表面凝結(jié)換熱效率會提高 1 到 2 個(gè)表面的凝結(jié)換熱效率進(jìn)一步增強(qiáng)。船用冷凝器作為組成部分，其換熱性能對艦艇的主動力系統(tǒng)有著疏水表面的技術(shù)應(yīng)用于冷凝器，不僅可以促進(jìn)冷長達(dá)到一定尺寸后會發(fā)生滾動現(xiàn)象，并融合其他潔的功能。

圖 1.2 氣液共存系統(tǒng)人[22]利用氬（Ar）分子系統(tǒng)對氣斷半徑對氣液共存系統(tǒng)內(nèi)分子的密宏觀物理量——表面張力的表征方huk 等[23]人同時(shí)采用了分子動力學(xué)果性質(zhì)相同，驗(yàn)證了分子動力學(xué)對分子動力學(xué)對氬分子和水分子團(tuán)簇力結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。Mecke 等合體系進(jìn)行了模擬，從分子分布密界面具有連續(xù)變化的特點(diǎn)。Tsuruta于液面的速度決定了氣液之間的交Kr）作為工質(zhì)，對氣液界面進(jìn)行了面是有序分布的，而且在截?cái)喟霃絒29]對多個(gè)溫度的 Lennard-Jones 流

圖 1.1 Young 接觸角人[42]從能量觀點(diǎn)導(dǎo)出了 Young 方程，在液滴潤濕行為穩(wěn)定后態(tài)，將液滴移動產(chǎn)生一個(gè)小的位移，使各項(xiàng)界面的面積發(fā)生dALG，則系統(tǒng)的自由焓的變化為SL SL SG SG LG LGdG = γ dA + γ dA +γdA動時(shí)，有：cosSG SLLG SLdA dAdA θdA= =和式（1.3）可知：( cos )LG SG SL SLdG = γ θ γ +γdA，dG=0，故cosSG SL LGγ = γ +γ θ

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2821927