固液界面潤濕的分子動力學(xué)研究及實驗.pdf

1、隨著近年來微納機(jī)電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)、生物芯片、仿生醫(yī)學(xué)器件等微納米科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，迫切需要了解微納流體的流動特性和液滴在微納表面潤濕的控制問題。在微納尺度下，由于極大的面體比，液體與壁面間的表面力作用常常成為固液作用的中的主要因素。在一定程度上，這種表面作用可以通過液滴在表面間的浸潤性質(zhì)來表征。 本文受自然界中的“荷葉效應(yīng)”啟發(fā)，通過分子動力學(xué)模擬研究不同界面作用力大小和表面納米結(jié)構(gòu)的存在對表面浸潤性質(zhì)的影響，旨

2、在揭示納米尺度下不同界面作用力大小和表面納米結(jié)構(gòu)影響表面浸潤性質(zhì)的規(guī)律和機(jī)制。模擬結(jié)果表明，液滴與壁面作用較強(qiáng)時，液滴能較充分地填充在納米結(jié)構(gòu)的間隙中，但是由于遲滯效應(yīng)，接觸角受表面納米結(jié)構(gòu)的影響不明顯；而作用較弱時，納米結(jié)構(gòu)間隙中存在著類似蒸汽的低密度相，使得液滴的接觸角增大；表面納米結(jié)構(gòu)可以使表面具有超疏水性。 在此基礎(chǔ)上提出通過在納米通道壁面構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)納米通道中壓強(qiáng)來影響流體分子在納米通道中的分布，進(jìn)而影響和控制納

3、米流體流動的假想，并采用分子動力學(xué)方法進(jìn)行了初步的模擬驗證。模擬結(jié)果表明，在親水鉑納米通道內(nèi)，氬流體在光滑通道壁面大約有3-4個明顯的分層；而在具有納米結(jié)構(gòu)的粗糙通道壁面附近，流體分子仍形成相對穩(wěn)定的“晶格結(jié)構(gòu)”，流體分子充分填充納米結(jié)構(gòu)間隙并在納米結(jié)構(gòu)表面仍形成高密度的貼壁層。改變通道壓強(qiáng)，得出，隨著壓強(qiáng)減小，具有納米結(jié)構(gòu)的壁面較之光滑壁面對液體分子的作用力逐漸增強(qiáng)。 為驗證不同界面作用大小和表面納米結(jié)構(gòu)的存在對表面浸潤性質(zhì)影