液態(tài)Li在固體Cu和Fe表面潤(rùn)濕性的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的日益增長(zhǎng)，能源緊缺的問題也逐漸凸顯。核能，特別是核聚變能，作為一種無限，清潔，安全的新型能源而備受關(guān)注。實(shí)現(xiàn)核聚變能的關(guān)鍵之處是要解決第一壁材料的問題。聚變反應(yīng)堆中的第一壁材料包括了轉(zhuǎn)移第一壁熱負(fù)荷的偏濾器和阻擋等離子體撞擊真空腔的限制器。液態(tài)金屬Li，作為可以承受較高的表面熱負(fù)荷和高通量中子輻射的液態(tài)偏濾器的候選組成材料之一，能夠有效地降低雜質(zhì)和提高等離子體的性能，前提條件是要保證液態(tài)金屬Li能夠在偏濾器中的固體材料表面上不

2、停地流動(dòng)。因此，探究液態(tài)金屬Li在其流動(dòng)的固體表面上的潤(rùn)濕性就非常必要。此外，深入地探究液滴與固體材料表面之間的潤(rùn)濕性，可以有效地改善材料的性能，從而提高材料的使用價(jià)值。本文主要探究了液態(tài)金屬Li分別在固體Cu和Fe表面上的潤(rùn)濕性。
　　本文運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法和MAEAM勢(shì)模擬計(jì)算Li液滴在不同的Cu和Fe表面的潤(rùn)濕性，通過觀察前驅(qū)膜和固液界面的特性，以及液滴接觸角的變化來分析基底結(jié)構(gòu)和溫度對(duì)其潤(rùn)濕性的影響。Li液滴在基底Cu和F

3、e表面上擴(kuò)散時(shí)均會(huì)形成前驅(qū)膜，其中在Cu(100)，Cu(111)以及Fe(110)，F(xiàn)e(111)表面上形成的前驅(qū)膜呈現(xiàn)為正圓形，但是在Cu(110)表面上形成的前驅(qū)膜呈現(xiàn)出了橢圓形，而Fe(100)表面上的前驅(qū)膜最終則呈現(xiàn)出了方圓形。Cu(100)，(111)以及Fe(100)，(110)表面上的固液界面相對(duì)的平整，沒有發(fā)生表面合金反應(yīng)，因此表面上所形成的前驅(qū)膜為單原子層厚度的純Li膜。然而Li-Cu(110)和Li-Fe(111)

4、潤(rùn)濕體系中的固液界面則相對(duì)的混亂，Li液滴在Cu(100)表面上發(fā)生了明顯的液滴原子與基底原子相互交換位置的現(xiàn)象，形成的前驅(qū)膜為單原子層厚度的Li-Cu合金層，Li液滴在Fe(111)表面上發(fā)生了非常細(xì)微不易察覺的表面合金化反應(yīng)，僅有極少數(shù)的基底Fe原子進(jìn)入到了液滴當(dāng)中，形成了多層厚度的前驅(qū)膜。在Li-Cu潤(rùn)濕體系中，由于Li原子在Cu(111)表面上的擴(kuò)散勢(shì)壘更小，Li液滴在其表面上擴(kuò)散的速度也就比在Cu(100)表面上擴(kuò)散得更快。L

5、i液滴在Cu(111)表面上的接觸角最小，最大的液滴接觸角則出現(xiàn)在沒有形成前驅(qū)膜的Cu(110)表面沿著[001]晶向上。對(duì)于Li-Fe潤(rùn)濕體系來說，Li液滴在Fe(110)表面上的潤(rùn)濕性最好，為完全潤(rùn)濕，其次為Fe(111)表面，F(xiàn)e(100)表面上液滴的擴(kuò)散速度最慢。總之，同溫度下Li液滴表現(xiàn)出不同的潤(rùn)濕特性取決于不同的基底結(jié)構(gòu)對(duì)其的影響。此外，本文還研究了Li液滴潤(rùn)濕性的溫度效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，Li-Cu(100)和Li-F