二元混合流體界面性質(zhì)密度泛函理論研究.pdf

1、作為工業(yè)應(yīng)用中的基礎(chǔ)熱力學(xué)性質(zhì)，溶液的界面張力對(duì)于界面?zhèn)髻|(zhì)和傳熱過(guò)程均具有重要影響，例如表面的薄膜粘附，泡沫的穩(wěn)定，以及液滴和氣泡的形成等過(guò)程。因此，研究界面張力是十分必要的。近年來(lái)，關(guān)于流體混合物界面性質(zhì)的理論模型越來(lái)越受到關(guān)注，但是，由于混合物本身的復(fù)雜性及界面的非均相性，理論預(yù)測(cè)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
　　 本文采用密度泛函理論方法，建立了流體混合物界面張力模型。在該理論模型中，應(yīng)用改進(jìn)的基本度量理論，建立了硬球排斥項(xiàng)的自由能密

2、度泛函表達(dá)式;結(jié)合一階平均球近似和締合流體理論，構(gòu)建了引力項(xiàng)的自由能密度泛函表達(dá)式。研究了不同混合物的汽液界面性質(zhì)，包括:非極性—非極性流體混合物:氬(1)+氪(2)，CO2(1)+庚烷(2)和甲烷(1)+戊烷(2);非極性—締合流體混合物:CO2(1)+乙醇(2)，CO2(1)+水(2)和己烷(1)+2-丁醇(2);非極性—極性流體混合物:CO2(1)+丙酮(2)。部分計(jì)算結(jié)果與已有文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，本文建立的D

3、FT方法可以精確預(yù)測(cè)上述二元流體混合物的界面性質(zhì)。
　　 上述密度泛函方法被進(jìn)一步拓展應(yīng)用于汽-液-固三相體系。以氮?dú)?水-固體為例，研究了氮?dú)?1)+水(2)混合物在疏水固體壁面的界面性質(zhì)，并從氮?dú)夂退谑杷诿娓浇拿芏确植贾杏^察到氣體富集與水的耗損現(xiàn)象。由于氣體富集與水的耗損，壁面附近溶液中的氣體在一定條件下可處于超飽和狀態(tài)，使得納米氣泡成核成為可能。相應(yīng)地，計(jì)算了壁面附近氣泡成核自由能能壘，分析了不同疏水強(qiáng)度及飽和度情況