电场作用下水液膜的蒸发特性研究
发布时间：2021-02-07 19:28
诸多微电子和纳米技术领域采用外部电场作为驱动力,如静电纺丝、喷墨打印、纳米制造以及静电喷涂等,在这些技术应用中,电场作用下液滴或液膜蒸发是关键的基本物理过程之一,较高的蒸发速率至关重要。施加电场不需要形成闭合回路、操作简单、运行费用低,且外加电场能够显著强化蒸发,因此备受人们重视。目前的研究对于电场强化液体蒸发的微观机理尚不明晰,且对于不同电场形式对蒸发的影响没有进行详细讨论。本文采用分子动力学方法模拟电场作用下纳米水液膜的蒸发行为,从分子角度揭示电场强化水液膜蒸发的微观机理,分析电场强度、电场方向及直流与交变形式电场对纳米水液膜蒸发速率的影响规律,为高新技术的优化和发展提供坚实的理论基础。直流电场作用下溶盐液膜蒸发结果表明,施加Ex（电场平行于液膜表面方向）电场显著提高液膜的蒸发速率;在电场Ex=0.2 V nm-1和Ex=0.3 V nm-1作用下溶盐液膜（含2240个水分子）蒸发速率分别是无电场时的2.86和5.72倍。从分子角度观察发现,溶盐液膜中自由离子在高压电场作用下加速运动,由于离子具有水化作用,水化团簇中的水分子与离子一起加速运动导致水分子之间相互作用减弱,致使水分子更...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１分子动力学模拟基本步骤??－１０－??
＇?４．４００?０．４１８４?－１．００００??Ｎａ＋?２．５８３?０．４１８４?＋１．００００??Ｌｉ＋?１．５０５?０．６９０４?＋１．００００??Ｃａ２＋?２．８９５?０．４１８４?＋２．００００??Ｏ?３．１６６０?０．００６７?－０．８４７６???Ｈ?０．００００?０．００００?＋０．４２３８??２．４液膜初始几何模型??针对某个具体的宏观问题，首先应该合理的进行初始几何模型建设和模拟设奴，??这儿点是分子动力学模拟的关键。如图２－２所示为分子动力学模拟初始儿何模型，尺??寸为３．６ｘ３．６ｘ１０．０?ｎｍ３，模拟盒子为长方体结构，分为固态平板区域、液态水区域和水??分子蒸发区域三个区域。模拟盒子底部的紫色固态金属平板山９７２个Ａｕ原子组成，??厚度为１．２?ｎｍ，面心立方结构，晶格常数为０．４０８?ｎｍ，Ａｕ原子共有６层，出于防止??Ａｕ平板变形的目的，最底层被人为的设置为固定Ｍ，上面５紀应用Ｎｏｓｅ－ＩＩｏｏｖｅｒ方法??作为恒温热源对水液膜进行加热［８４１；液膜尺寸为３．６ｘ５．７ｘ３．６ｎｍ３，，由２２４０个Ｈ２０??分子、５０个Ｎａ＋和５０个Ｃｒ组成。其中，Ｘ和Ｚ方向设置为周期性边界条件，Ｙ?：／ｊ向??为岡定边界条件。在Ｈ２０分子蒸发阶段，模拟盒子压力逐渐升高会影响模拟速度和蒸??发速率，为了排除压力的影响，在模拟盒子上方设置一个蒸发区域，当气态水分子到??达此ＩＸ：域就被模拟系统删除。??＇Ｉｔ??－ｉｉ?＇堯?＾．ｌｕｕｉ??１６９．４／。??ｗａｔｅｒ??ｉｌｇｉ?＾??图２－２分子动力学模拟初始模型??－１２－??
?第２章电场下纳米液膜的分子动力学建模???之维持在２９８?Ｋ左右，计算Ｉｎｓ确保体系在蒸发之前能够达到平衡状态，平衡期间不??施加电场［９１］。蒸发阶段，对体系施加Ｘ和Ｙ方向不同强度的均匀空间电场，出于让液??膜蒸发的目的，对Ａｕ平板应用Ｎｏｓｅ－Ｈｏｏｖｅｒ恒温法，使Ａｕ原子温度迅速升至５００?Ｋ，??由此Ａｕ平板可以作为热源加热纳米水液膜。如果Ｈ２０分子周围４．３４Ａ范围内配位数??２４，则判定这个Ｈ２０分子为液相水分子，如果＜４，则判定为气相水分子［２？］。??图２－４为不施加电场时纳米水液膜随时间的蒸发演化过程，在／＝０?ｎｓ时，Ａｕ平板??温度由２９８?Ｋ升至５００?Ｋ，纳米水液膜受热；连？＞０．３２?ｎｓ时，可以观察到液膜高度升??高，这是由于液膜受热膨胀所致；当Ｐ０．３２?ｎｓ之后，随着液膜逐渐蒸发，厚度不断下??降；当ｆ＝６ｎｓ时，水分子基本蒸发完全，Ｎａ＋和Ｃ１－留在Ａｕ表面上，呈有规则的晶格??结构。＇??Ｓ?＿議…??］ｙｙｓ??ｆ＝０?ｎｓ?ｒ＝０．３２?ｕｓ?／＝１．２?ｎｓ?ｔ＝４．５?ｎｓ?（＝６?ｎｓ??图２－４溶盐液膜蒸发过程的模拟照片??本文采用ＬＡＭＭＰＳ进行模拟，ＬＡＭＭＰＳ与其他荇图形界而的软件不同，用户须??编写特定文件来进行一系列操作，这些文件有自己独特的格式，主要包含各原子的空??间坐标、成键方式和系数等；ＬＡＭＭＰＳ所输出的数据需要后处理软件；类似于图２－４??这样的模拟照片采用ＶＭＤ展示，ＶＭＤ是一个分子可视化程序，是伊利诺伊大学香??槟分校开发的开源可视化软件，ＶＭＤ可以展示大型生物分子体系，也可以制成动画。??２．７?本章小结??数值模拟、理论
本文编号：3022713
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１分子动力学模拟基本步骤??－１０－??
＇?４．４００?０．４１８４?－１．００００??Ｎａ＋?２．５８３?０．４１８４?＋１．００００??Ｌｉ＋?１．５０５?０．６９０４?＋１．００００??Ｃａ２＋?２．８９５?０．４１８４?＋２．００００??Ｏ?３．１６６０?０．００６７?－０．８４７６???Ｈ?０．００００?０．００００?＋０．４２３８??２．４液膜初始几何模型??针对某个具体的宏观问题，首先应该合理的进行初始几何模型建设和模拟设奴，??这儿点是分子动力学模拟的关键。如图２－２所示为分子动力学模拟初始儿何模型，尺??寸为３．６ｘ３．６ｘ１０．０?ｎｍ３，模拟盒子为长方体结构，分为固态平板区域、液态水区域和水??分子蒸发区域三个区域。模拟盒子底部的紫色固态金属平板山９７２个Ａｕ原子组成，??厚度为１．２?ｎｍ，面心立方结构，晶格常数为０．４０８?ｎｍ，Ａｕ原子共有６层，出于防止??Ａｕ平板变形的目的，最底层被人为的设置为固定Ｍ，上面５紀应用Ｎｏｓｅ－ＩＩｏｏｖｅｒ方法??作为恒温热源对水液膜进行加热［８４１；液膜尺寸为３．６ｘ５．７ｘ３．６ｎｍ３，，由２２４０个Ｈ２０??分子、５０个Ｎａ＋和５０个Ｃｒ组成。其中，Ｘ和Ｚ方向设置为周期性边界条件，Ｙ?：／ｊ向??为岡定边界条件。在Ｈ２０分子蒸发阶段，模拟盒子压力逐渐升高会影响模拟速度和蒸??发速率，为了排除压力的影响，在模拟盒子上方设置一个蒸发区域，当气态水分子到??达此ＩＸ：域就被模拟系统删除。??＇Ｉｔ??－ｉｉ?＇堯?＾．ｌｕｕｉ??１６９．４／。??ｗａｔｅｒ??ｉｌｇｉ?＾??图２－２分子动力学模拟初始模型??－１２－??
?第２章电场下纳米液膜的分子动力学建模???之维持在２９８?Ｋ左右，计算Ｉｎｓ确保体系在蒸发之前能够达到平衡状态，平衡期间不??施加电场［９１］。蒸发阶段，对体系施加Ｘ和Ｙ方向不同强度的均匀空间电场，出于让液??膜蒸发的目的，对Ａｕ平板应用Ｎｏｓｅ－Ｈｏｏｖｅｒ恒温法，使Ａｕ原子温度迅速升至５００?Ｋ，??由此Ａｕ平板可以作为热源加热纳米水液膜。如果Ｈ２０分子周围４．３４Ａ范围内配位数??２４，则判定这个Ｈ２０分子为液相水分子，如果＜４，则判定为气相水分子［２？］。??图２－４为不施加电场时纳米水液膜随时间的蒸发演化过程，在／＝０?ｎｓ时，Ａｕ平板??温度由２９８?Ｋ升至５００?Ｋ，纳米水液膜受热；连？＞０．３２?ｎｓ时，可以观察到液膜高度升??高，这是由于液膜受热膨胀所致；当Ｐ０．３２?ｎｓ之后，随着液膜逐渐蒸发，厚度不断下??降；当ｆ＝６ｎｓ时，水分子基本蒸发完全，Ｎａ＋和Ｃ１－留在Ａｕ表面上，呈有规则的晶格??结构。＇??Ｓ?＿議…??］ｙｙｓ??ｆ＝０?ｎｓ?ｒ＝０．３２?ｕｓ?／＝１．２?ｎｓ?ｔ＝４．５?ｎｓ?（＝６?ｎｓ??图２－４溶盐液膜蒸发过程的模拟照片??本文采用ＬＡＭＭＰＳ进行模拟，ＬＡＭＭＰＳ与其他荇图形界而的软件不同，用户须??编写特定文件来进行一系列操作，这些文件有自己独特的格式，主要包含各原子的空??间坐标、成键方式和系数等；ＬＡＭＭＰＳ所输出的数据需要后处理软件；类似于图２－４??这样的模拟照片采用ＶＭＤ展示，ＶＭＤ是一个分子可视化程序，是伊利诺伊大学香??槟分校开发的开源可视化软件，ＶＭＤ可以展示大型生物分子体系，也可以制成动画。??２．７?本章小结??数值模拟、理论
本文编号：3022713
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3022713.html
