金属液滴在碳纳米材料表面的润湿与融合

发布时间：2017-12-16 23:37

  本文关键词：金属液滴在碳纳米材料表面的润湿与融合

  更多相关文章： 分子动力学模拟 石墨烯 碳纳米管 润湿性 融合

【摘要】：液滴的润湿及融合在自然界中随处可见,比如云中雨滴的形成、植物叶片的自清洁作用等,这些现象都与液态流体的桥接融合有关。在工业生产及日常生活中,润湿及融合现象具有广泛的应用。比如在冶金过程中,高温金属液与熔炉壁的润湿性对提炼效率至关重要,相邻液滴的融合速度对于冶金质量和产量也有重要的意义。除此之外,异种金属的桥接融合在焊接、铸造或者冶金等工业生产过程中也有着广泛的应用。比如在焊接过程中,两种不同金属进行连接时,主要过程就是异种金属液体在高温下的融合,而焊接结构和焊缝性质等都与焊接过程中金属液滴的融合过程有关。对金属液体润湿性及融合过程的研究能够为润湿性材料的应用提供理论依据,具有重要意义。本研究使用分子动力学模拟的方法研究了液滴形貌及基底结构对融合过程的影响,进一步分析了液滴桥接早期的自相似性生长,同时对异种金属液滴融合过程的不对称性进行了研究。主要内容如下:(1)研究了金液滴在碳纳米材料上的润湿及融合过程,模拟结果发现液滴的润湿性与基底的粗糙度有关,基底结构越复杂,粗糙度越大,液滴的润湿性越差。碳纳米管基底会限制液滴在垂直于其方向上流动,而促进液滴沿碳纳米管方向上流动。研究结果发现金属液滴在基底上的融合过程受液滴形状及基底结构的影响,可以通过调节基底来有效地控制液滴的融合。(2)在碳纳米管修饰的石墨烯基底上液滴会发生脱离现象,这表明基底表面的润湿性能够决定融合过程。液滴的高度增长在融合早期具有自相似性,这一阶段,液桥的高度与tk成正比。同种液滴在不同基底上融合时,液桥高度的增长曲线会发生重叠,表明其自相似性与基底结构无关。薄膜状的液体,高度的增加可以通过h0～t1/2来描述,而球状液滴液桥高度增长的规律则为h0～t2/3。(3)异种金属液滴在碳纳米材料上的融合过程具有不对称特性,这种不对称主要是由金属的润湿性及金属自身的性质决定的,液桥的形成会偏向于润湿性较差的一方。由于不同金属之间性质的差异,异种金属液滴融合后的结构具有多样性。研究结果为有效控制异种金属液的融合提供了理论依据,在喷墨、冶金等工业领域内的应用具有指导意义。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O647.5

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本文编号：1297941