典型固液界面熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、研究固液界面的性質(zhì)對(duì)認(rèn)識(shí)液體的潤(rùn)濕、晶體的生長(zhǎng)與形核等都具有重要的意義。目前，采用計(jì)算模擬的方法對(duì)固液界面的性質(zhì)進(jìn)行研究已成為可能，而且大量有關(guān)固液界面性質(zhì)的研究成果都來(lái)自于計(jì)算模擬。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法，對(duì)典型體系固液界面的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析與研究，主要研究?jī)?nèi)容可以概括為以下四個(gè)部分：
　　 一、對(duì)固體表面的納米液滴進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，主要研究相互作用的細(xì)節(jié)對(duì)固液界面結(jié)構(gòu)與潤(rùn)濕性質(zhì)的影響。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)相互作用較強(qiáng)，固液

2、原子尺寸失配不是很大的情況下，固液界面附近的液體原子排列出現(xiàn)了長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。多體相互作用、固液相互作用的強(qiáng)度與距離，都會(huì)影響液滴在固體表面的潤(rùn)濕性質(zhì)，并且隨著固液相互作用強(qiáng)度的增大，液體原子與固體原子尺寸的失配對(duì)接觸角的影響效果增強(qiáng)。
　　 二、對(duì)鐵液滴在石墨烯表面和單壁碳納米管中的潤(rùn)濕性質(zhì)進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明，對(duì)放在石墨烯表面的納米鐵液滴，接觸角隨液滴尺寸的增加而減?。坏珜?duì)包裹在碳管中的納米鐵液滴，接觸角隨管徑的增加而減小

3、；但接觸角的大小與包裹液滴的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。我們還根據(jù)修正后的楊氏方程估算了納米鐵液滴在石墨表面三相接觸線的線張力的大小，得到了與理論研究相同的結(jié)果。通過(guò)對(duì)碳納米管中的液體密度的分析，觀察到液體的密度在垂直于管壁和平行于管壁的兩個(gè)方向上都存在周期的波動(dòng)，而且在碳管的軸向，密度波動(dòng)的周期與碳管的周期一致。
　　 三、研究降溫過(guò)程中，碳納米管包裹的金屬液滴的固化過(guò)程與固化結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)不同體系的降溫過(guò)程中，能量隨溫度的變化規(guī)律不同，液體固化后

4、的結(jié)構(gòu)也不同。在碳納米管管壁對(duì)內(nèi)部液體影響較弱的體系中，隨溫度的降低，能量的變化規(guī)律與自由液體相似，且液體固化后形成晶體結(jié)構(gòu)；反之，如果管壁對(duì)內(nèi)部液體影響較強(qiáng)，能量隨溫度的變化關(guān)系復(fù)雜，降溫過(guò)程中甚至觀察到亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，液體最終的固化結(jié)構(gòu)通常為多層結(jié)構(gòu)。
　　 四、采用自由固化方法，系統(tǒng)的研究了體系尺寸對(duì)固化過(guò)程中界面處溫度梯度的影響。研究表明，體系在生長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度對(duì)界面處溫度梯度的影響很強(qiáng)。考慮到界面處溫度梯度的存在，采用界