论文部分内容阅读
液体薄膜的流动在自然界中大量存在,在材料、化工、微电子等领域也有广泛的应用。随着微纳米制造技术的发展,电湿润的研究在电化学细胞、纳米流体设备、生物膜的离子通道等领域也变得越来越重要。本文用分子动力学模拟对纳米尺度薄膜的破裂和润湿过程,以及表面润湿性和外加电场的重要影响进行了研究。
本文分别从宏观和微观角度分别对纳米尺度液体薄膜的破裂和润湿过程的研究进展进行了论述,介绍了经典的分子动力学模拟理论和技术。在此基础上,建立了石墨平板上液滴和纳米尺度水分子薄膜的物理模型,讨论了固体和液体分子间相互作用对薄膜破裂的影响。结果证实尽管固液分子的相互作用对破裂初期的线性失稳阶段影响不大,但它有助于加强固体表面的亲水性,从而延迟薄膜破裂的时间,降低薄膜边缘后退时的动态接触角。当固液分子的相互作用较强时,固体表面附近的液体密度也相应较高。通过分析得到的流场瞬时流线,我们发现由于固体和液体分子间的排斥力,破裂点附近的流体垂直向上运动,从而在可以观察到薄膜边缘凸起和后退的宏观运动。
通过在势函数中引进了电势能项,讨论了纳米尺度液体薄膜的电润湿过程。结果表明电场将增强固体表面的亲水性,从而降低系统的接触角,且正电场的影响较负电场更为明显。对破裂半径、液体密度分布等问题的分析也得到了预期的结果。另外,电场效应使得破裂点附近分子运动非常剧烈,有时可以观察到真空区域的出现,其中有许多物理机制还有待进一步探讨。