金屬液滴在碳納米材料表面的潤濕與融合.pdf

1、液滴的潤濕及融合在自然界中隨處可見，比如云中雨滴的形成、植物葉片的自清潔作用等，這些現象都與液態(tài)流體的橋接融合有關。在工業(yè)生產及日常生活中，潤濕及融合現象具有廣泛的應用。比如在冶金過程中，高溫金屬液與熔爐壁的潤濕性對提煉效率至關重要，相鄰液滴的融合速度對于冶金質量和產量也有重要的意義。除此之外，異種金屬的橋接融合在焊接、鑄造或者冶金等工業(yè)生產過程中也有著廣泛的應用。比如在焊接過程中，兩種不同金屬進行連接時，主要過程就是異種金屬液體在高溫

2、下的融合，而焊接結構和焊縫性質等都與焊接過程中金屬液滴的融合過程有關。對金屬液體潤濕性及融合過程的研究能夠為潤濕性材料的應用提供理論依據，具有重要意義。
　　本研究使用分子動力學模擬的方法研究了液滴形貌及基底結構對融合過程的影響，進一步分析了液滴橋接早期的自相似性生長，同時對異種金屬液滴融合過程的不對稱性進行了研究。主要內容如下:
　　(1)研究了金液滴在碳納米材料上的潤濕及融合過程，模擬結果發(fā)現液滴的潤濕性與基底的粗糙度有

3、關，基底結構越復雜，粗糙度越大，液滴的潤濕性越差。碳納米管基底會限制液滴在垂直于其方向上流動，而促進液滴沿碳納米管方向上流動。研究結果發(fā)現金屬液滴在基底上的融合過程受液滴形狀及基底結構的影響，可以通過調節(jié)基底來有效地控制液滴的融合。
　　(2)在碳納米管修飾的石墨烯基底上液滴會發(fā)生脫離現象，這表明基底表面的潤濕性能夠決定融合過程。液滴的高度增長在融合早期具有自相似性，這一階段，液橋的高度與tk成正比。同種液滴在不同基底上融合時，液

4、橋高度的增長曲線會發(fā)生重疊，表明其自相似性與基底結構無關。薄膜狀的液體，高度的增加可以通過h0～t1/2來描述，而球狀液滴液橋高度增長的規(guī)律則為h0～t2/3。
　　(3)異種金屬液滴在碳納米材料上的融合過程具有不對稱特性，這種不對稱主要是由金屬的潤濕性及金屬自身的性質決定的，液橋的形成會偏向于潤濕性較差的一方。由于不同金屬之間性質的差異，異種金屬液滴融合后的結構具有多樣性。研究結果為有效控制異種金屬液的融合提供了理論依據，在噴墨