纖維狀表面與POSS基材料潤(rùn)濕性的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、超疏水材料是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(xué)、航空航天等眾多領(lǐng)域均有廣闊應(yīng)用前景，這種優(yōu)異性能與材料表面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成密切相關(guān)。本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，從以上兩方面著手考察材料表面潤(rùn)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(duì)象，驗(yàn)證本文所采用模擬方法對(duì)表面潤(rùn)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(duì)材料表面潤(rùn)濕性的影響。研究結(jié)果表明，

2、在變化兩相作用參數(shù)時(shí)，模擬接觸角及變化規(guī)律與文獻(xiàn)結(jié)果相一致，說明了本文所建立方法的合理性。由于周期性結(jié)構(gòu)的使用，可忽略體系尺寸對(duì)表面潤(rùn)濕性能的影響。在增大液滴半徑時(shí)，微觀尺度下表面線張力的存在有助于增強(qiáng)表面的疏水性，亦可預(yù)測(cè)宏觀實(shí)驗(yàn)中表面接觸角，實(shí)現(xiàn)接觸角模擬結(jié)果與宏觀實(shí)驗(yàn)測(cè)量值之間的關(guān)聯(lián)。體系溫度作為關(guān)系材料使用的重要參數(shù)，可改變液滴的表面張力。降低使用溫度會(huì)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(chǔ)上，構(gòu)

3、建了纖維狀結(jié)構(gòu)表面，考察了微觀結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)于潤(rùn)濕性能的影響。增加纖維狀結(jié)構(gòu)高度，表面接觸角逐漸增大而后趨于穩(wěn)定；增加纖維狀結(jié)構(gòu)間距，表面接觸角逐漸增大而后減?。贿@些表面接觸角模擬結(jié)果與Wenzel模型和Cassie模型的理論預(yù)測(cè)值以及變化規(guī)律相一致。在考察纖維直徑影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)臨界平衡接觸角可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)固液兩相接觸時(shí)均相潤(rùn)濕與非均相潤(rùn)濕狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變主要?dú)w因于自由能壘的存在；另外發(fā)現(xiàn)當(dāng)液滴與纖維狀結(jié)構(gòu)表面的初始高度與碰撞直徑相接近時(shí)

4、，初始高度會(huì)影響到表面潤(rùn)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(duì)象，首次采用分子動(dòng)力學(xué)方法考察了其表面的潤(rùn)濕性，且與直接水解法實(shí)驗(yàn)制備材料的表面水接觸角進(jìn)行了比較。并考察了體系溫度，以及烷基單取代和八取代時(shí)鏈長(zhǎng)對(duì)表面潤(rùn)濕性的影響．POSS分子和水分子分別采用COMPASS力場(chǎng)和SPC力場(chǎng)，模擬結(jié)果表明，H-POSS基體具有一定晶體特性，其表面表現(xiàn)出疏水性，水接觸角的模擬值與實(shí)驗(yàn)值相一致，