狭小间距间Cu/Al薄膜相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟软件基于Lennard-Jones-9-6势函数研究了狭小间距Cu/Al纳米薄膜间的相互作用. 我们通过计算薄膜表面单位面积上的范德华相互作用能σ_E,综合性地讨论了非接触Cu/Al薄膜间的相互作用.结果显示,当两薄膜的间距从12Å减小到3Å时,相互作用能呈现两个阶段：起初几乎不变,然后迅速增大.临界间距在7 Å附近.在两薄膜相互靠近的过程中,相互作用能受体系尺寸、空位缺陷尺寸、表面涂层及薄膜间距的影响较大,然而几乎不受空位缺陷形状的影响.     

碳纳米管-聚乙烯复合材料界面力学特性分析

本文采用分子动力学模拟办法对碳纳米管-聚乙烯复合材料的界面力学特性进行了模拟和分析. 通过对单壁碳纳米管从无定形聚乙烯中抽出过程进行模拟, 研究了界面剪切应力随碳管滑移速度、聚乙烯分子链长和碳纳米管管径之间的变化关系, 并对界面的滑移机理进行了讨论. 模拟结果发现, 随着聚合物分子链长的增加, 界面临界剪切应力有显著增大, 而滑移剪切应力略显增加; 界面临界剪切应力和滑移剪切应力随着碳纳米管管径的增大而明显增加. 本文同时对界面应力的变化机理进行了模拟和讨论.     

纳米孔隙内混合气体流动特性的分子动力学模拟

纳米孔隙内气体流动的理论预测对气体微流控器件的设计和制造具有重要的理论指导作用,文章采用分子动力学方法研究了氮气、氧气和二氧化碳混合气体在平行壁纳米孔隙内的剪切流动特性和边界滑移特性.研究结果表明:随着加入二氧化碳比例的不断增加,混合气体滑移速度不断增大,并且当二氧化碳的比例低于20%时,混合气体流动速度沿孔隙宽度方向呈线性分布;而当比例达到40%后,其速度轮廓将呈现非线性趋势.当二氧化碳所占比例为20%时,随着孔隙宽度的增加,混合气体的整体边界滑移随之减小.探究了混合气体密度和气-固耦合强度对混合气体流动及边界滑移的影响机理.发现随着混合气体密度的减小,气流边界滑移增大;随着气-固界面耦合强度的增强,边界气体分子易被吸附而出现黏滑运动,气体分子在边界处的积聚现象增强,剪切应变率增大,边界滑移减小.      

氢化多孔石墨烯反渗透特性及机理分析

单层石墨烯凭借超薄的厚度和优异的力学化学防污性能,成为新一代纳滤膜材料的最佳选择之一.本文采用经典分子动力学方法,研究了氢化多孔石墨烯反渗透膜对盐水的反渗透特性.结果表明,水渗透量会随着驱动力、孔径和温度的增加而增加;而孔径大于水合半径的条件下,盐离子截留率会随驱动力和温度的增加而降低.当反渗透膜和盐水存在切向运动时,随着切向速度的增加可以有效提高盐离子截留率和减弱浓差极化现象,但也在一定程度上牺牲了水通量.通过分析水流沿渗透方向的能障分布、水分子的氢键分布和离子水合状态,解释了各参数变化对盐水在氢化多孔石墨烯中反渗透特性的影响机理.研究结果将提供基于单层多孔石墨烯反渗透特性的理论认识,并将为纳米级反渗透膜的设计提供帮助.     

纳米弹性复合DLC薄膜的制备及其摩擦性能研究

利用磁过滤阴极真空弧沉积系统在硅片及以硅片为基底的2种弹性体材料表面沉积厚度为2.7 nm的DLC膜,采用原子力显微镜和拉曼光谱仪对薄膜的形貌及成分进行分析,用纳米力学测试系统测量薄膜的弹性模量和硬度,用UMT-2型多功能微摩擦磨损试验机考察其摩擦性能.结果表明,以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(187)为偶联剂的薄膜试样表面比以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)为偶联剂的薄膜试样表面更致密且粗糙度更低,薄膜的最上层为DLC膜.在硅表面沉积DLC薄膜可以显著降低其表面的摩擦系数(0.117～0.137),在低载荷条件下,含偶联剂及弹性体的DLC薄膜的摩擦系数低于硅表面沉积DLC的薄膜,且以187为偶联剂的薄膜试样的摩擦性能更佳;在高载荷条件下,硅表面沉积DLC的薄膜具有更优异的摩擦性能.     

非接触铜铝纳米薄膜侧向移动相互作用的分析

采用分子动力学方法模拟铜铝纳米薄膜相对侧向移动的相互作用能。研究了铜薄膜的侧向位移从0Å到50Å时温度、相互作用间距、表面形貌和表面粗糙度对作用能的影响。结果表明,相互作用强度随温度的增加而增大,随相互作用间距的减小而增大,随表面粗糙度的增大而减小。为研究薄膜在纳米尺度的相互作用提供了一个新的方法。     

基于织构表面的摩擦静电发电机制备及其输出性能研究

摩擦电纳米发电机(TENG)是基于摩擦生电和静电感应复合原理将机械能转换为电能的一种新型能源获取方式. 本文采用模板法制备了几种不同参数的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微圆柱结构, 并组装成TENG, 实验研究了接触区表面积、外加载荷对TENGs输出性能的影响. 结果表明, 圆形微柱阵列的存在有效提高了TENG的作用面积及电输出性能, 相同载荷下, 电输出随微柱间距离减小而增加, 在间距为15 μm、载荷为5 N时, 输出的平均开路电压和短路电流分别为88 V 和15 μA, 是同等条件下、微柱间距为50 μm电输出的1.5倍以上; 电输出随载荷增加呈准线性增加, ANSYS软件模拟载荷作用下PDMS微圆柱织构的变形行为, 结果表明, 压力作用下, 微圆柱主要发生压缩变形, 基底的变形导致微柱与上电极之间产生侧向摩擦, 从而产生更多电荷, 提升了电输出性能.