接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟

本文利用分子动力学方法模拟了液体在固体表面的 接触角及液固界面热阻, 并探讨了二者之间的关系. 通过分别改变液固结合强度和固体的原子性质来分析接触角和界面热阻的关系及变化趋势. 模拟结果显示增强液固间相互作用时, 接触角减小的同时界面热阻也随之单调减小; 而改变固体原子间结合强度和原子质量时, 接触角几乎保持不变, 但界面热阻显著改变. 固体原子间结合强度和原子质量影响界面热阻的原因是其改变了固体的振动频率分布, 导致液固原子间的振动耦合程度发生变化. 本文的结果表明界面热阻不仅与由接触角所表征的液固结合强度有关, 还与液固原子间的振动耦合程度有关. 接触角与界面热阻间不存在单值的对应关系, 不能单一地将接触角作为液固界面热阻的评价标准. 关键词： 液固界面 接触角 界面热阻 分子动力学模拟     

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

固-液界面可聚合脂多层膜的Ｘ射线散射研究

报道在北京同步辐射装置上有关固-液界面的研究结果,在漫散射站成功实现了固-液界面的X射线散射测量.将二乙炔酸的异丙醇溶液滴在硅基底表面,溶剂挥发后形成晶态二乙炔酸多层膜.X射线在位观测实验表明,和水长时间接触后,水分子渗透到多层膜亲水界面,样品呈液晶态.在大尺度上分子膜的热起伏符合液晶的线性弹性理论模型,但小尺度上分子的位移主要由缺陷引起.光照聚全后分子膜的弯曲模量变大,缺陷引发的分子位移范围也增大.     

重力对GaSb熔滴和液/固界面交互作用的影响

利用我国返回式实验卫星在空间微重力条件下进行了GaSb熔滴与GaP,BN和GaAs等材料的润湿性能的研究,分析了熔滴与基片之间的界面相互作用,并与重力场下实验结果进行了对比.实验表明,重力因素对润湿性存在影响,空间微重力条件下测得的GaSb熔滴与GaP及BN基片的接触角比地面测量的大.对凝固后的熔滴与基片之间的组织分析显示,重力场下,液固界面的相互作用较强,存在较宽的过渡区,这与地面浮力对流有利于物质输运密切相关.实验结果还表明,空间微重力环境下熔体凝固的组织比重力场下要均匀. 关键词： 微重力 润湿性 液/固界面     

一种新型液-液界面全内反射分光光度测定装置

设计了一种简便的适用于油相密度大于水相 (水上油下 )的液 -液界面全内反射分光光度测定装置。入射光经过棱镜折射和油水界面反射后 ,再经过比色皿底部的玻璃 -空气界面反射回油 -水界面 ,如此反复一定次数后 ,最后经棱镜折射进入检测器。发生全反射的次数可以通过改变油 -水界面的高度来调整 ,以获得适当的灵敏度。利用本装置测定了金胺 O在 CCl4/ H2 O界面的吸收光谱 ,并与在溶液中的情况进行了比较。     

金刚石表面纳米尺度水分子的相变观测

水是自然界中最重要的物质之一,研究界面或受限体系的水分子动力学具有重要的科学意义.近些年新兴的基于氮-空位(NV)色心的纳米磁共振技术可以同时观测纳米尺度的核磁信号和温度.本文利用单个NV色心成功探测到金刚石表面纳米尺度水分子分别在固态和液态条件下的核磁信号,并通过改变温度成功观测到该纳米尺度水层的固-液相变.实验结果表明,基于NV色心的核磁共振技术可以有效地探测纳米尺度物质的结构和动力学行为,为纳米尺度受限体系相关科学的研究提供新的探测手段.     

真空中固液界面的离子束分析研究

原位实时地高精度测量固液界面的元素或离子(电荷)组成和动态变化对于界面反应和相互作用研究非常重要,但是传统的高分辨离子束分析实验在真空环境中不能直接测量液体样品。本文研制了一种固体-液体界面探针,该探针使用氮化硅-铝纳米复合膜作为真空密封窗和电化学电极,利用复旦大学核微探针成功开展了真空中固体-液体界面探针0.01 mol/L氯化钡和1 mol/L氯化镧溶液样品固体-液体界面的卢瑟福背散射(RBS)分析和粒子激发X射线(PIXE)分析。实验结果表明,真空环境下,固液界面探针纳米薄窗可承受2 MeV He+离子注量为1.0×1018 ions/cm2的辐照。微区PIXE分析成功获得了固液界面探针结构的元素分布。通过对卢瑟福背散射能谱进行分析,获取了20 nm分辨的电极界面微米深溶液中的La, Cl元素浓度。在1 mol/L的LaCl3固液界面电极表面,负电压(–2.3 V)时电解质离子在电极表面高浓度聚集,正电压(+2.3 V)时电解质在电极表面呈低浓度分布,在约1 250 nm深处电解质溶液趋向于体浓度。     

液固反应微观-宏观关联模型及实验验证

当液一固反应为流体扩散控制时,以缩核模型为基础,得到了单颗粒消溶时粒径的变化规律,满足平方反比定律;在单颗粒消溶的基础上,建立了颗粒群消溶模型,得到了单颗粒微观反应模型和颗粒群宏观反应特征的关联关系.以不同种类的石灰石在不同温度和pH值下的消溶过程为例,对液固反应的微观-宏观关联模型进行了实验验证,实验和数学模型吻合较好.该关联模型对完善液固反应理论体系,实现宏观实验数据反推微观化学反应参数的测量技术具有重要意义.     

液-液界面上折射声束位移的实验验证

对折射波束在液-液界面上的现象进行了数值和实验研究，结果表明：当声束从声阻抗大的介质入射到液-液界面上时，折射声束会存在反向位移现象。     

微尺度驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力

在微流控系统中,稳定、可控的柔性气-液界面可实现声流体颗粒富集、微纳操作、快速气-液反应等各种实际物理和生化应用.微流道内气-液界面的抗流体剪切能力对于增强微尺度下气-液界面的可控性具有十分重要的意义.为此,文章研究了具有高稳定性、高可控性、可阵列化的微尺度驻停气泡现象.利用嵌入局部裂隙的微流道以及与之平行的气体流道,可对驻停气泡的生成和形态进行有效调节,并利用其可控的气-液界面实现多种功能化应用.在此基础上,文章进一步研究柔性可控气-液界面的抗流体剪切能力,对形态变化中的气-液界面受力进行分析,利用仿真和实验手段研究不同状态下气-液界面的形状特征,研究不同的液体驱动压力、裂隙尺寸以及裂隙形状对气-液界面抗剪切能力的影响,并将界面的曲率半径作为气泡驻留与否的判定依据.文章对驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力的研究有助于优化其控制方法,增强其控制稳定性并拓展其潜在应用场合.