纳米液滴润湿性的分子动力学模拟

纳米液滴润湿性的分子动力学模拟

【摘要】： 随着溢油事件的频繁发生,油水分离问题已经变得非常迫切。由于对油和水具有鲜明相反亲和力,特殊浸润性表面已成功用于选择性油水分离,并显示出诱人的应用前景。因此,对水或油在固体表面上润湿性的研究极为重要。本文采用分子动力学模拟方法,利用LAMMPS软件研究了水纳米液滴、水-油混合纳米液滴在光滑及粗糙壁面上的润湿特性,探讨了水纳米液滴在聚四氟乙烯(PTFE)壁面上的润湿过程,并对粗糙壁面进行了优化模拟。对于光滑壁面,水纳米液滴的接触角随能量系数的增大而减小。当壁面表现为疏水性时,接触角随温度的升高而增大;当壁面表现为中性时,接触角几乎不受温度的影响;当壁面表现为亲水性时,接触角随温度的升高而减小。水分子数对接触角的影响并不大。此外,汽-液界面厚度随温度升高而增大,与水分子数、壁面能量系数基本无关。对于粗糙壁面,当壁面表现为疏水性时,水纳米液滴的接触角随柱高的增加而增大;随相面积分数的增加,纳米液滴的接触角先增大后减小,液滴润湿状态由Wenzel态逐渐转变为Cassie态。当壁面表现为中性或亲水性时,水纳米液滴的接触角随柱高、相面积分数变化不明显,其润湿状态均为Wenzel态。对于光滑PTFE壁面,水纳米液滴接触角随温度的升高而增大,与液滴初始直径基本无关。对于栏栅形PTFE壁面,水纳米液滴的接触角随粗糙度因子先增加然后保持不变,随相面积分数的减小而增大。通过对模拟条件进行优化,水纳米液滴在PTFE壁面上的接触角达到145.6°,接近超疏水状态。随温度、正十六烷体积分数的增加,水-油混合纳米液滴的接触角呈总体增加的趋势。对于疏液壁面,柱高越大接触角越大;随凹陷宽度的减小,混合纳米液滴的接触角先增大再减小。对于亲液壁面,随凸起高度的增加,接触角呈总体增加的趋势;接触角随凹陷宽度的变化没有明显规律。

【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018

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