【摘 要】
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随着纳米技术的迅速发展,纳米动态润湿显示出重要的学术研究意义和巨大的实际应用潜力。在能源电池、生物医药、航空航天、纳/微电子机械系统等重要领域,都体现出广阔的应用前
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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随着纳米技术的迅速发展,纳米动态润湿显示出重要的学术研究意义和巨大的实际应用潜力。在能源电池、生物医药、航空航天、纳/微电子机械系统等重要领域,都体现出广阔的应用前景。本文针对纳米动态润湿中的四个关键科学问题:移动接触线三相接触点处的应力奇异性、跨空间/时间尺度的力电场耦合、分离压力下固液界面的受限液体、表面拓扑结构控制的润湿性质,发展了跨尺度分子模拟和分子动理论相结合的方法,从电子和原子详情出发获得可观测物理量,通过三个典型的力电耦合的纳米动态润湿过程展开研究。主要研究内容包括:
⑴纳米管内力电耦合的毛细流动:建立理论模型,开展分子模拟,探索纳米管通过管径和手性改变固液界面的润湿性和摩擦因子,影响其内流动的机理。并进行参数优化,指导合作实验开展,研究纳米管内快速、分层、类固体和亚连续的受限流体性质。首次提出DFT/MD耦合迭代的分子模拟新方法,兼顾水偶极链和纳米管载流子之间的电荷交换与纳米管内力电耦合的水分子流动,探索了使用纳米管进行水力发电的可行性和运作机理。
⑵纳米液滴的润湿、电润湿和电弹性毛细:在液滴接触线前端的、仅为1-2个分子层厚度的前驱膜,在动态润湿和电润湿的过程中起着至关重要的作用,引入原子细节消除由于无滑移边界条件导致的移动接触线三相接触点处的应力奇异性问题,是“Huh-Scriven佯谬”的答案之一。首次通过分子模拟实现了电弹性毛细现象:施加外加电场,控制前驱膜将包裹纳米液滴的柔性软膜撑开,实现液滴的解包裹,可以应用于纳/微药物输运或者纳/微器件驱动等领域。
⑶亲水内角中前驱链的动态润湿和电润湿:将“Taylor猜想”推广到纳米尺度,探索了由内角角度和外加电场控制的,内角处单分子前驱水链的动态形成过程、快速铺展机理和一维、类固体的受限流体性质。首次提出并模拟实现了在钨制内角处产生稳定的金单原子链的纳米加工方法。前驱链可以应用于航空航天、生物医药、燃料电池等领域,来控制流动速度和提高工作效率。
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