粗糙基底上纳米液滴蒸发的研究

发布时间：2017-09-18 21:11

  本文关键词：粗糙基底上纳米液滴蒸发的研究

  更多相关文章： 纳米液滴 基底粗糙度 蒸发模式 接触角 三相接触线

【摘要】：当周围环境蒸汽压处于不饱和状态时,液滴便会蒸发,这种常见的现象在工业方面有着广泛的应用,例如:冷却、印刷、清洁和涂层等。近年来由于其在技术以及医学领域的新应用(例如:喷墨印刷、DNA分子的拉伸和DNA映射等)而变得更加炙手可热。目前对于宏观以及介观尺寸液滴蒸发的研究已经比较成熟,但是有关纳米尺寸液滴的研究仍旧匮乏,因此为了更好的应用液滴的蒸发,有必要将液滴的大小拓展到纳米尺寸。本文首先介绍了与固体表面润湿相关的概念以及基础知识,并针对不同类型的固体表面分别给出相应的润湿方程;然后介绍了目前有关固着液滴(sessile droplet)蒸发的一些研究热点,例如:液滴的蒸发模式;“咖啡环效应”的形成机制以及影响因素。第四章介绍了本文的主要工作,采用分子动力学模拟的方法,模拟纳米液滴在不同亲水性强度的光滑和粗糙基底上的蒸发过程,探究基底表面粗糙度对纳米液滴蒸发的影响。文中将固体基底分为亲水性和疏水性两大类,并且分别对两类基底增加一定的粗糙度,然后与光滑基底上纳米液滴的蒸发作比较,结果发现:基底增加粗糙度之后,原来的亲水性基底会变得更加亲水,其上液滴的蒸发被加快,液滴形变加剧;而疏水性基底则会变得更加疏水,其上液滴的蒸发被抑制,液滴形变削弱。这与我们模拟过程中所观察到的现象也很好的符合。另外,基底粗糙度对于液滴蒸发模式也有一定的影响,对于光滑基底,液滴蒸发遵循常接触角模式,而粗糙度的加入使原本光滑基底上常接触角模式的蒸发过程变为混合模式,而且没有接触线的“钉扎”和“去钉扎”效应的出现。
【关键词】：纳米液滴 基底粗糙度 蒸发模式 接触角 三相接触线
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O552.6
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 第一章 绪论8-10
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 主要研究内容9-10
• 第二章 表面润湿与移动的接触线10-19
• 2.1 表面能（表面张力）10-11
• 2.2 拉普拉斯定律11-13
• 2.3 铺展参数13
• 2.4 理想表面的Young方程13-14
• 2.5 实际表面的润湿方程14-18
• 2.5.1 Wenzel模型14-16
• 2.5.2 Cassie模型16-17
• 2.5.3 “接触角迟滞”和三相接触线的“钉扎”现象17-18
• 2.6 本章小结18-19
• 第三章 固着液滴的蒸发19-36
• 3.1 固着液滴的蒸发模式19-24
• 3.1.1 常接触角模式20-22
• 3.1.2 常接触面积模式22
• 3.1.3 液滴蒸发过程中三相接触线“钉扎”和“去钉扎”效应22-24
• 3.2 “咖啡环效应”及几个影响因素24-35
• 3.2.1 “咖啡环效应”24-25
• 3.2.2 Marangoni流的影响25-26
• 3.2.3 毛细作用力的影响26-28
• 3.2.4 液滴尺寸的影响28-30
• 3.2.5 DLVO理论在粒子沉积中的应用30-33
• 3.2.6 悬浮颗粒形状及表面活性剂的影响33-34
• 3.2.7 电润湿的影响34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 粗糙基底上纳米液滴的蒸发36-48
• 4.1 研究背景36-37
• 4.2 模型和方法37-39
• 4.3 初始配置39-40
• 4.4 模拟过程40-41
• 4.5 数据处理41
• 4.6 结果与讨论41-46
• 4.6.1 浓度41-42
• 4.6.2 温度42-43
• 4.6.3 纳米液滴尺寸43-44
• 4.6.4 接触角，，接触半径和球度44-46
• 4.7 本章小结46-48
• 第五章 总结和展望48-49
• 5.1 全文总结48
• 5.2 展望48-49
• 附录49-73
• 附录A 光滑系统初始时刻原子分布50-53
• 附录B 粗糙系统初始时刻原子分布53-57
• 附录C 分子动力学模拟的LAMMPS输入文件57-59
• 附录D 统计不同时刻液滴内的粒子数目及三相温度59-65
• 附录E 统计液滴内部每个代表点的浓度分布65-70
• 附录F 求取接触角、接触半径及球度70-73
• 参考文献73-77
• 在学期间的研究成果77-78
• 致谢78

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本文编号：877500