改性對(duì)硅膠納米通道內(nèi)流體傳輸特性影響研究.pdf

1、微/納機(jī)電系統(tǒng)是微/納米技術(shù)的重要分支，材料在微/納機(jī)電系統(tǒng)中的性質(zhì)和行為相對(duì)宏觀尺度會(huì)發(fā)生不可忽視的變化。硅膠微粒內(nèi)部空腔與微粒表面具有納米級(jí)的輸送通道，而改性后其通道壁面的化學(xué)組成也發(fā)生本質(zhì)上的改變，改性后硅膠納米通道所具有的“表面效應(yīng)”會(huì)對(duì)流體水在納米通道中的傳輸行為產(chǎn)生重大影響。因此，研究改性對(duì)硅膠納米通道內(nèi)流體傳輸特性的影響，對(duì)硅膠改性及其在微納機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)意義。本文基于分子動(dòng)力學(xué)方法建立了納米流動(dòng)模型，

2、對(duì)流體水在硅膠納米通道內(nèi)的密度、速度、偶極取向分布進(jìn)行模擬計(jì)算。分析了流體水與壁面間氫鍵的形成，并對(duì)流體水在納米通道內(nèi)的擴(kuò)散行為和粘度性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　首先，研究了改性對(duì)硅膠納米通道潤(rùn)濕性的影響規(guī)律。計(jì)算了納米通道內(nèi)流體水的密度、速度以及電偶極矩取向分布，發(fā)現(xiàn)羥基化通道壁面呈強(qiáng)親水性，而改性后硅烷化通道壁呈強(qiáng)疏水性，流體滑移長(zhǎng)度與改性層烷基鏈長(zhǎng)呈線性關(guān)系;羥基化納米通道使得流體水偶極取向較為有序，與水分子間存在較強(qiáng)的氫鍵作用，

3、而改性后硅烷化通道壁面使得流體水取向角變得相對(duì)無序，與水分子無氫鍵作用。
　　其次，研究了改性對(duì)硅膠納米通道內(nèi)流體擴(kuò)散行為的影響。計(jì)算了流體水的均方位移與擴(kuò)散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)流體水在羥基化硅膠納米通道內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在硅烷化納米通道內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)，但都要小于體相水，改性后硅膠納米通道壁面特征的“表面效應(yīng)”對(duì)流體水的傳輸占主導(dǎo)作用。進(jìn)一步研究了納米通道內(nèi)流體水的局部擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果表明納米通道內(nèi)流體水的局部擴(kuò)散系數(shù)與其到壁面的距離相關(guān)。