固液界面潤(rùn)濕的分子動(dòng)力學(xué)研究及實(shí)驗(yàn).pdf

1、隨著近年來(lái)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(dòng)特性和液滴在微納表面潤(rùn)濕的控制問(wèn)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(guò)液滴在表面間的浸潤(rùn)性質(zhì)來(lái)表征。 本文受自然界中的“荷葉效應(yīng)”啟發(fā)，通過(guò)分子動(dòng)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(duì)表面浸潤(rùn)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(rùn)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(shí)，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(shí)，納米結(jié)構(gòu)間隙中存在著類(lèi)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(guò)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(lái)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(dòng)的假想，并采用分子動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行了初步的模擬驗(yàn)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(gè)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(duì)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(duì)液體分子的作用力逐漸增強(qiáng)。 為驗(yàn)證不同界面作用大小和表面納米結(jié)構(gòu)的存在對(duì)表面浸潤(rùn)性質(zhì)影