【摘 要】
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随着微纳电子机械系统技术的飞速发展,器件特征尺寸不断减小,表面界面效应逐渐凸显。纳尺度固液界面力学问题及其机制的相关研究在微纳流体技术的应用和微纳生物医学传感器的
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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随着微纳电子机械系统技术的飞速发展,器件特征尺寸不断减小,表面界面效应逐渐凸显。纳尺度固液界面力学问题及其机制的相关研究在微纳流体技术的应用和微纳生物医学传感器的系统集成与优化设计等领域具有重要作用。固液界面力学是表面与界面物理力学的重要分支和前沿课题。纳米尺度下,多种物理机制耦合作用,多种分子间力和表面力相互竞争,研究问题本身存在的多个特征尺度集中在微纳米尺度。本文围绕受限液体,移动接触线问题,边界滑移及其机制这三个关键科学问题,开展了系统深入的研究。
分析了三种典型的固液界面跨尺度力学问题及其所对应的物理力学机制:分子动力学模拟研究了剪切作用对受限正十六烷液体分子结构及动力学性质的影响。基于润滑近似理论得到的液膜厚度演化控制方程,给出了液滴铺展的标度率的推导。通过考虑黏性耗散给出了描述超疏水粗糙表面上两个液滴合并后生成的大液滴的自推进行为的理论模型,并准确地描述了该行为的尺寸效应。
结合分子动力学模拟和分子动理论模型,研究了纳流动中的边界滑移及其机制,提出了一种针对纳尺度固液界面处流动的滑移边界条件——扩展的MKT滑移模型,从原子层次揭示了控制滑移发生的极限剪应力和影响固液界面处动量传递的能量耗散,提出了控制纳米管中流动模式从Poiseuille流向plug-like流转变的无量纲数——修正的Galilei数。
研究了不同润湿性质的刚性基底和柔性基底上纳米液滴的接触角滞后。首次将分子动理论应用于纳米液滴接触角滞后的相关研究中,建立了描述纳米尺度下的接触角滞后同接触线移动的极限剪应力之间的理论模型。该理论模型定性符合分子动力学模拟结果。
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