本文主要研究内容
作者关永吉（2019）在《纳米限域咪唑类离子液体润湿行为及能量收集的分子动力学研究》一文中研究指出：随着纳米科学和技术的兴起,器件的微型化已成为未来科学发展的必然趋势,研究纳米尺度下物质的性质及应用具有重要的理论意义和潜在的应用价值。然而,由于实验设备的昂贵性和技术手段的复杂性,实验上难以观察纳米尺度下物质微观特性的细节。分子动力学是一种可以详细观察物质微观特性细节的有效工具,其可以从分子或原子层面揭示物质微观特性的本质。咪唑类离子液体是一种新型的软功能材料,因其优异的物理化学性质（如宽液程、难挥发、极低蒸气压、高热稳定性、无毒和绿色环保）被广泛应用于各个领域。因此,本文以分子动力学为主要研究方法,研究了纳米限域咪唑类离子液体的润湿行为及能量收集。本文首先建立了咪唑类离子液体液滴受限于纳米尺度硅基底的动态润湿行为研究模型,并在室温下研究了液滴的动态润湿行为。研究发现当体相咪唑类离子液体受限于硅基底表面时,咪唑类离子液体和硅基底之间的范德华力会迫使其在固—液界面处形成很强的吸附层。该吸附层中阳离子中的咪唑环平面近似平行于硅基底表面,阴阳离子有一定的取向结构且其密度大约是体相密度的2倍。咪唑类离子液体液滴受限于硅基底表面时,阴阳离子会沿着硅基底表面扩散并润湿硅基底表面。当咪唑类离子液体液滴完全润湿硅基底表面时其平衡接触角呈各向异性,产生该现象的原因是阳离子中咪唑环和烷基链与硅基底之间的范德华力大小不同。同时,研究发现当液滴半径从1.0 nm增加到3.0 nm时平衡接触角逐渐增大并趋于饱和,该饱和现象可归功于固—液界面处吸附层中离子的数量随着液滴半径的增大而趋于饱和。此外,液滴平衡接触角还随着咪唑类离子液体粘度的增大而增大,随着温度的升高而减小。当温度增加到一个阈值400 K时,液滴平衡接触角趋于饱和,类半球体的液滴转变为液体薄膜。本文进一步建立了咪唑类离子液体受限于纳米石墨烯通道的能量收集系统模型,并在室温下进行了能量收集研究。研究发现咪唑类离子液体同样会在固—液接触面处形成很强的吸附层。当咪唑类离子液体在外部加速度的驱动下流过石墨烯通道时,其周围的库仑场会拖拽石墨烯通道表面的自由载流子使它们沿着液体流动的方向运动,如此便产生了流动诱导电压。考虑到阴阳离子对石墨烯通道表面自由载流子的协同作用以及库仑作用的特征,本文提出了可以准确有效计算咪唑类离子液体和石墨烯通道系统产生的流动诱导电压的先进公式。用该公式计算发现室温下当体积为5×5×5 nm3的咪唑类离子液体在0.15 nm?ps-2的加速度驱动下通过尺寸为5 nm的石墨烯通道时,能够产生大约2.1μV的流动诱导电压。该流动诱导电压随着阴阳离子平均流动速度的增大而增大至饱和,产生该饱和现象的主要原因是咪唑类离子液体所受到的外部驱动力和内部粘滞阻力之间的平衡。此外,研究还表明当温度从300 K升高至375 K时,流动诱导电压的最大值从2.1μV增长11.9%至2.35μV;当通道尺寸从1 nm增加到5 nm时,流动诱导电压的最大值从1.9μV增长10.5%至2.1μV;当单层石墨烯面积从1 nm2增加到25 nm2时,流动诱导电压的最大值从2.3μV下降8.7%至2.1μV。最后,本文建立了咪唑类离子液体受限于单壁碳纳米管的能量收集系统模型,在室温下进行了能量收集研究。研究发现体相咪唑类离子液体受限于单壁碳纳米管中时咪唑类离子液体会在固—液界面处形成很强的吸附层,也称第一溶壳层,并且随着单壁碳纳米管直径的增大,固—液界面处还会出现第二溶壳层。当咪唑类离子液体在外部加速度的驱动下沿着单壁碳纳米管的轴向运动时,咪唑类离子液体周围存在的库仑场拖拽着单壁碳纳米管内表面的自由载流子沿着其运动的方向运动,从而产生了流动诱导电压。考虑到阴阳离子拖拽单壁碳纳米管表面自由载流子的行为以及库仑作用的特征,本文提出了可以准确计算咪唑类离子液体受限于单壁碳纳米管产生的流动诱导电压的先进公式。用该公式计算发现室温下当咪唑类离子液体在0.15 nm?ps-2的加速度驱动下流过直径为3.390 nm的单壁碳纳米管时能够产生大约2.22μV的流动诱导电压。该流动诱导电压随着阴阳离子平均流动速度的增加而趋于饱和,这种饱和现象可归功于外部驱动力、内部粘滞阻力以及摩擦阻力三者之间的平衡。此外,研究还表明当单壁碳纳米管的直径从1.220 nm增加到4.068 nm时,流动诱导电压的最大值从1.91μV增长22.5%至2.34μV;当温度从300 K升高至375 K时,流动诱导电压的最大值从2.22μV增长15.8%到2.57μV;当阴离子体积增大时（[Cl]-<[BF4]-<[PF6]-）,流动诱导电压的最大值依次为2.71μV、2.57μV和2.28μV。综上所述,本文对咪唑类离子液体受限于纳米尺度硅基底动态润湿行为的研究可以为基于咪唑类离子液体的纳米润湿系统的应用提供坚实的理论基础;对咪唑类离子液体受限于纳米石墨烯通道和单壁碳纳米管能量收集的研究不仅揭示了纳米尺度下基于咪唑类离子液体和低维碳材料的流动能量收集系统中流动诱导电压的产生机理,而且为其在各个领域的应用提供了理论保障。
Abstract
sui zhao na mi ke xue he ji shu de xing qi ,qi jian de wei xing hua yi cheng wei wei lai ke xue fa zhan de bi ran qu shi ,yan jiu na mi che du xia wu zhi de xing zhi ji ying yong ju you chong yao de li lun yi yi he qian zai de ying yong jia zhi 。ran er ,you yu shi yan she bei de ang gui xing he ji shu shou duan de fu za xing ,shi yan shang nan yi guan cha na mi che du xia wu zhi wei guan te xing de xi jie 。fen zi dong li xue shi yi chong ke yi xiang xi guan cha wu zhi wei guan te xing xi jie de you xiao gong ju ,ji ke yi cong fen zi huo yuan zi ceng mian jie shi wu zhi wei guan te xing de ben zhi 。mi zuo lei li zi ye ti shi yi chong xin xing de ruan gong neng cai liao ,yin ji you yi de wu li hua xue xing zhi （ru kuan ye cheng 、nan hui fa 、ji di zheng qi ya 、gao re wen ding xing 、mo du he lu se huan bao ）bei an fan ying yong yu ge ge ling yu 。yin ci ,ben wen yi fen zi dong li xue wei zhu yao yan jiu fang fa ,yan jiu le na mi xian yu mi zuo lei li zi ye ti de run shi hang wei ji neng liang shou ji 。ben wen shou xian jian li le mi zuo lei li zi ye ti ye di shou xian yu na mi che du gui ji de de dong tai run shi hang wei yan jiu mo xing ,bing zai shi wen xia yan jiu le ye di de dong tai run shi hang wei 。yan jiu fa xian dang ti xiang mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu gui ji de biao mian shi ,mi zuo lei li zi ye ti he gui ji de zhi jian de fan de hua li hui pai shi ji zai gu —ye jie mian chu xing cheng hen jiang de xi fu ceng 。gai xi fu ceng zhong yang li zi zhong de mi zuo huan ping mian jin shi ping hang yu gui ji de biao mian ,yin yang li zi you yi ding de qu xiang jie gou ju ji mi du da yao shi ti xiang mi du de 2bei 。mi zuo lei li zi ye ti ye di shou xian yu gui ji de biao mian shi ,yin yang li zi hui yan zhao gui ji de biao mian kuo san bing run shi gui ji de biao mian 。dang mi zuo lei li zi ye ti ye di wan quan run shi gui ji de biao mian shi ji ping heng jie chu jiao cheng ge xiang yi xing ,chan sheng gai xian xiang de yuan yin shi yang li zi zhong mi zuo huan he wan ji lian yu gui ji de zhi jian de fan de hua li da xiao bu tong 。tong shi ,yan jiu fa xian dang ye di ban jing cong 1.0 nmzeng jia dao 3.0 nmshi ping heng jie chu jiao zhu jian zeng da bing qu yu bao he ,gai bao he xian xiang ke gui gong yu gu —ye jie mian chu xi fu ceng zhong li zi de shu liang sui zhao ye di ban jing de zeng da er qu yu bao he 。ci wai ,ye di ping heng jie chu jiao hai sui zhao mi zuo lei li zi ye ti nian du de zeng da er zeng da ,sui zhao wen du de sheng gao er jian xiao 。dang wen du zeng jia dao yi ge yu zhi 400 Kshi ,ye di ping heng jie chu jiao qu yu bao he ,lei ban qiu ti de ye di zhuai bian wei ye ti bao mo 。ben wen jin yi bu jian li le mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu na mi dan mo xi tong dao de neng liang shou ji ji tong mo xing ,bing zai shi wen xia jin hang le neng liang shou ji yan jiu 。yan jiu fa xian mi zuo lei li zi ye ti tong yang hui zai gu —ye jie chu mian chu xing cheng hen jiang de xi fu ceng 。dang mi zuo lei li zi ye ti zai wai bu jia su du de qu dong xia liu guo dan mo xi tong dao shi ,ji zhou wei de ku lun chang hui tuo ye dan mo xi tong dao biao mian de zi you zai liu zi shi ta men yan zhao ye ti liu dong de fang xiang yun dong ,ru ci bian chan sheng le liu dong you dao dian ya 。kao lv dao yin yang li zi dui dan mo xi tong dao biao mian zi you zai liu zi de xie tong zuo yong yi ji ku lun zuo yong de te zheng ,ben wen di chu le ke yi zhun que you xiao ji suan mi zuo lei li zi ye ti he dan mo xi tong dao ji tong chan sheng de liu dong you dao dian ya de xian jin gong shi 。yong gai gong shi ji suan fa xian shi wen xia dang ti ji wei 5×5×5 nm3de mi zuo lei li zi ye ti zai 0.15 nm?ps-2de jia su du qu dong xia tong guo che cun wei 5 nmde dan mo xi tong dao shi ,neng gou chan sheng da yao 2.1μVde liu dong you dao dian ya 。gai liu dong you dao dian ya sui zhao yin yang li zi ping jun liu dong su du de zeng da er zeng da zhi bao he ,chan sheng gai bao he xian xiang de zhu yao yuan yin shi mi zuo lei li zi ye ti suo shou dao de wai bu qu dong li he nei bu nian zhi zu li zhi jian de ping heng 。ci wai ,yan jiu hai biao ming dang wen du cong 300 Ksheng gao zhi 375 Kshi ,liu dong you dao dian ya de zui da zhi cong 2.1μVzeng chang 11.9%zhi 2.35μV;dang tong dao che cun cong 1 nmzeng jia dao 5 nmshi ,liu dong you dao dian ya de zui da zhi cong 1.9μVzeng chang 10.5%zhi 2.1μV;dang chan ceng dan mo xi mian ji cong 1 nm2zeng jia dao 25 nm2shi ,liu dong you dao dian ya de zui da zhi cong 2.3μVxia jiang 8.7%zhi 2.1μV。zui hou ,ben wen jian li le mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu chan bi tan na mi guan de neng liang shou ji ji tong mo xing ,zai shi wen xia jin hang le neng liang shou ji yan jiu 。yan jiu fa xian ti xiang mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu chan bi tan na mi guan zhong shi mi zuo lei li zi ye ti hui zai gu —ye jie mian chu xing cheng hen jiang de xi fu ceng ,ye chen di yi rong ke ceng ,bing ju sui zhao chan bi tan na mi guan zhi jing de zeng da ,gu —ye jie mian chu hai hui chu xian di er rong ke ceng 。dang mi zuo lei li zi ye ti zai wai bu jia su du de qu dong xia yan zhao chan bi tan na mi guan de zhou xiang yun dong shi ,mi zuo lei li zi ye ti zhou wei cun zai de ku lun chang tuo ye zhao chan bi tan na mi guan nei biao mian de zi you zai liu zi yan zhao ji yun dong de fang xiang yun dong ,cong er chan sheng le liu dong you dao dian ya 。kao lv dao yin yang li zi tuo ye chan bi tan na mi guan biao mian zi you zai liu zi de hang wei yi ji ku lun zuo yong de te zheng ,ben wen di chu le ke yi zhun que ji suan mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu chan bi tan na mi guan chan sheng de liu dong you dao dian ya de xian jin gong shi 。yong gai gong shi ji suan fa xian shi wen xia dang mi zuo lei li zi ye ti zai 0.15 nm?ps-2de jia su du qu dong xia liu guo zhi jing wei 3.390 nmde chan bi tan na mi guan shi neng gou chan sheng da yao 2.22μVde liu dong you dao dian ya 。gai liu dong you dao dian ya sui zhao yin yang li zi ping jun liu dong su du de zeng jia er qu yu bao he ,zhe chong bao he xian xiang ke gui gong yu wai bu qu dong li 、nei bu nian zhi zu li yi ji ma ca zu li san zhe zhi jian de ping heng 。ci wai ,yan jiu hai biao ming dang chan bi tan na mi guan de zhi jing cong 1.220 nmzeng jia dao 4.068 nmshi ,liu dong you dao dian ya de zui da zhi cong 1.91μVzeng chang 22.5%zhi 2.34μV;dang wen du cong 300 Ksheng gao zhi 375 Kshi ,liu dong you dao dian ya de zui da zhi cong 2.22μVzeng chang 15.8%dao 2.57μV;dang yin li zi ti ji zeng da shi （[Cl]-<[BF4]-<[PF6]-）,liu dong you dao dian ya de zui da zhi yi ci wei 2.71μV、2.57μVhe 2.28μV。zeng shang suo shu ,ben wen dui mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu na mi che du gui ji de dong tai run shi hang wei de yan jiu ke yi wei ji yu mi zuo lei li zi ye ti de na mi run shi ji tong de ying yong di gong jian shi de li lun ji chu ;dui mi zuo lei li zi ye ti shou xian yu na mi dan mo xi tong dao he chan bi tan na mi guan neng liang shou ji de yan jiu bu jin jie shi le na mi che du xia ji yu mi zuo lei li zi ye ti he di wei tan cai liao de liu dong neng liang shou ji ji tong zhong liu dong you dao dian ya de chan sheng ji li ,er ju wei ji zai ge ge ling yu de ying yong di gong le li lun bao zhang 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自兰州大学的关永吉，发表于刊物兰州大学2019-07-29论文，是一篇关于纳米限域论文,咪唑类离子液体论文,纳米润湿行为论文,流动能量收集论文,分子动力学模拟论文,兰州大学2019-07-29论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自兰州大学2019-07-29论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：纳米限域论文; 咪唑类离子液体论文; 纳米润湿行为论文; 流动能量收集论文; 分子动力学模拟论文; 兰州大学2019-07-29论文;