纖維狀表面與POSS基材料潤濕性的分子動力學模擬.pdf

1、超疏水材料是當前材料科學領域的研究熱點之一，可用作表面自清潔和表面涂層，在紡織、電子科技、醫(yī)學、航空航天等眾多領域均有廣闊應用前景，這種優(yōu)異性能與材料表面的微觀結構和化學組成密切相關。本文采用分子動力學模擬方法，從以上兩方面著手考察材料表面潤濕性能，主要工作如下：
　　 以銅-汞單原子理想表面體系為研究對象，驗證本文所采用模擬方法對表面潤濕性研究的正確性，并考察了體系溫度、體系尺寸和液滴半徑對材料表面潤濕性的影響。研究結果表明，

2、在變化兩相作用參數時，模擬接觸角及變化規(guī)律與文獻結果相一致，說明了本文所建立方法的合理性。由于周期性結構的使用，可忽略體系尺寸對表面潤濕性能的影響。在增大液滴半徑時，微觀尺度下表面線張力的存在有助于增強表面的疏水性，亦可預測宏觀實驗中表面接觸角，實現接觸角模擬結果與宏觀實驗測量值之間的關聯(lián)。體系溫度作為關系材料使用的重要參數，可改變液滴的表面張力。降低使用溫度會增大表面接觸角，提高表面的疏水性能．
　　 在理想表面模擬基礎上，構

3、建了纖維狀結構表面，考察了微觀結構尺寸對于潤濕性能的影響。增加纖維狀結構高度，表面接觸角逐漸增大而后趨于穩(wěn)定；增加纖維狀結構間距，表面接觸角逐漸增大而后減??；這些表面接觸角模擬結果與Wenzel模型和Cassie模型的理論預測值以及變化規(guī)律相一致。在考察纖維直徑影響時，發(fā)現臨界平衡接觸角可準確預測固液兩相接觸時均相潤濕與非均相潤濕狀態(tài)之間的轉變，這種轉變主要歸因于自由能壘的存在；另外發(fā)現當液滴與纖維狀結構表面的初始高度與碰撞直徑相接近時

4、，初始高度會影響到表面潤濕狀態(tài)，從而改變表面接觸角。
　　 以多面體聚倍半硅氧烷(POSS)基材料為研究對象，首次采用分子動力學方法考察了其表面的潤濕性，且與直接水解法實驗制備材料的表面水接觸角進行了比較。并考察了體系溫度，以及烷基單取代和八取代時鏈長對表面潤濕性的影響．POSS分子和水分子分別采用COMPASS力場和SPC力場，模擬結果表明，H-POSS基體具有一定晶體特性，其表面表現出疏水性，水接觸角的模擬值與實驗值相一致，