液體單向滲透機(jī)理分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、單向滲透材料具有單向傳輸液體的能力而得到研究者的廣泛關(guān)注，在智能纖維、分離技術(shù)、燃料電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。單向滲透與基體的潤(rùn)濕性質(zhì)、厚度及孔道結(jié)構(gòu)等均有關(guān)系，但是對(duì)于其單向滲透的機(jī)理缺乏一個(gè)微觀的解釋。本文以分子動(dòng)力學(xué)模擬為手段研究單向滲透的機(jī)理和規(guī)律，在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)單向?qū)w維的制備。
　　以單原子固液體系為研究對(duì)象，從勢(shì)能角度研究了液體在均一潤(rùn)濕性孔道中的滲透特性。在親水性孔道中滲透時(shí)，入口處為勢(shì)阱，出口處為勢(shì)壘;在滲

2、透過程中前端凹液面的滲透速度與經(jīng)典毛細(xì)運(yùn)動(dòng)方程及文獻(xiàn)結(jié)果有較好的吻合。疏水性孔道入口處對(duì)液體是一個(gè)較強(qiáng)的勢(shì)壘，液體需在外加重力的作用下克服勢(shì)壘才能滲入。
　　考察了液體在非均一潤(rùn)濕性孔道中的單向滲透特性。從微觀角度研究了單向滲透的機(jī)理，疏水層到親水層（正方向）滲透過程中勢(shì)能逐漸減弱，是自發(fā)過程;親水層到疏水層（反方向）滲透過程勢(shì)能逐漸增大，是非自發(fā)過程。正方向滲透過程分為兩個(gè)階段，首先液體滲入整個(gè)孔道，是一個(gè)快速過程，驅(qū)動(dòng)力為親水

3、層的吸引力，需克服疏水層孔道的勢(shì)壘;接著液滴滲過孔道，是一個(gè)慢速過程，親水層具有較低的相互作用能量，液滴逐漸滲過孔道到達(dá)能量最低的親水層。反方向滲透時(shí)，液滴首先接觸到能量最低的親水層，在沒有外力的作用下，液體不能滲過孔道。
　　揭示了液體單向滲透的基本規(guī)律。親水層親水性較強(qiáng)，且厚度較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)力更大，更傾向于具有單向滲透的性能且正方向反方向滲透壓差別較大，滲透速度快;疏水層疏水性較弱且厚度較薄時(shí)，滲透阻力較小，會(huì)有利于單向滲透;孔

4、徑增大使得單向滲透更為容易，滲透速度更快。外加重力場(chǎng)的存在使得兩層基體潤(rùn)濕性、孔徑及疏水層厚度在更大范圍內(nèi)具有單向滲透的特性，拓寬了單向滲透對(duì)材料的要求。減小疏水層疏水性及厚度，增大親水層潤(rùn)濕性及厚度，增大孔徑，在反重力場(chǎng)下依然具有單向滲透的性能，其滲透機(jī)理與無重力情況類似。
　　采用溶液噴涂的方法，以滌綸纖維為基材，在纖維一側(cè)噴涂PS/氯仿溶液，形成由疏水性較弱且厚度小的疏水層和超親水性且厚度大的親水層組成的纖維薄膜。具有單向?qū)?/p>