金屬液滴在碳納米材料表面的潤濕與融合.pdf

1、液滴的潤濕及融合在自然界中隨處可見，比如云中雨滴的形成、植物葉片的自清潔作用等，這些現(xiàn)象都與液態(tài)流體的橋接融合有關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，潤濕及融合現(xiàn)象具有廣泛的應(yīng)用。比如在冶金過程中，高溫金屬液與熔爐壁的潤濕性對提煉效率至關(guān)重要，相鄰液滴的融合速度對于冶金質(zhì)量和產(chǎn)量也有重要的意義。除此之外，異種金屬的橋接融合在焊接、鑄造或者冶金等工業(yè)生產(chǎn)過程中也有著廣泛的應(yīng)用。比如在焊接過程中，兩種不同金屬進(jìn)行連接時，主要過程就是異種金屬液體在高溫

2、下的融合，而焊接結(jié)構(gòu)和焊縫性質(zhì)等都與焊接過程中金屬液滴的融合過程有關(guān)。對金屬液體潤濕性及融合過程的研究能夠?yàn)闈櫇裥圆牧系膽?yīng)用提供理論依據(jù)，具有重要意義。
　　本研究使用分子動力學(xué)模擬的方法研究了液滴形貌及基底結(jié)構(gòu)對融合過程的影響，進(jìn)一步分析了液滴橋接早期的自相似性生長，同時對異種金屬液滴融合過程的不對稱性進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)研究了金液滴在碳納米材料上的潤濕及融合過程，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)液滴的潤濕性與基底的粗糙度有

3、關(guān)，基底結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，粗糙度越大，液滴的潤濕性越差。碳納米管基底會限制液滴在垂直于其方向上流動，而促進(jìn)液滴沿碳納米管方向上流動。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)金屬液滴在基底上的融合過程受液滴形狀及基底結(jié)構(gòu)的影響，可以通過調(diào)節(jié)基底來有效地控制液滴的融合。
　　(2)在碳納米管修飾的石墨烯基底上液滴會發(fā)生脫離現(xiàn)象，這表明基底表面的潤濕性能夠決定融合過程。液滴的高度增長在融合早期具有自相似性，這一階段，液橋的高度與tk成正比。同種液滴在不同基底上融合時，液

4、橋高度的增長曲線會發(fā)生重疊，表明其自相似性與基底結(jié)構(gòu)無關(guān)。薄膜狀的液體，高度的增加可以通過h0～t1/2來描述，而球狀液滴液橋高度增長的規(guī)律則為h0～t2/3。
　　(3)異種金屬液滴在碳納米材料上的融合過程具有不對稱特性，這種不對稱主要是由金屬的潤濕性及金屬自身的性質(zhì)決定的，液橋的形成會偏向于潤濕性較差的一方。由于不同金屬之間性質(zhì)的差異，異種金屬液滴融合后的結(jié)構(gòu)具有多樣性。研究結(jié)果為有效控制異種金屬液的融合提供了理論依據(jù)，在噴墨