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纳观接触角的确定方法
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O552.421[理学—热学与物质分子运动论;理学—物理]
  • 作者机构:[1]沧州师范学院物理与电子信息系,沧州061001, [2]中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京100190, [3]Silfex,aDivisionofLamResearch950SouthFranklinStreet,Eaton,Ohio45320,America, [4]河南理工大学机械与动力学院,焦作454003, [5]沧州师范学院图书馆,沧州061001, [6]中国科学院力学研究所微重力国家实验室,北京100190
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11072242)、河南省教育厅科学技术研究重点项目(批准号:15A130001)和河南理工大学博士基金(批准号:72515-4661资助的课题.
中文摘要:

对纳观接触角的确定曾有过许多研究工作,本文对各种理论进行分析评论,指出其各自的优缺点甚至错误,认为最为简单实用的理论是朱如曾于1995年在《大学物理》((Vol.14(2)))的文章中对前人的宏观接触角的错误理论采用澄清接触角概念的方法所得到的纳观接触角的近似理论及近似公式α=(1?2EPS/EPL)π(其中EPL和EPS分别表示液体内部一个液体分子的势能和固体表面一个液态分子与固体的相互作用势能,并可用分子动力学(MD)模拟得到),此理论属于纳观接触角的分子动力学理论的近似简化形式,值得进一步发展.为此,本文根据物理分析假设Gibbs张力表面上位于非三相接触区的一个液体分子的势能为EPL/2x,三相接触线上一个液体分子与其余液体的相互作用势能为(1+kEPS/EPL)αEPL/2xπ,其中x和k 为优化参数.根据Gibbs分界面上处处势能相等条件,得到改进的纳观接触角的近似公式α=π(1?2xEPS/EPL)/(1+kEPS/EPL).对固体表面的氩纳米液柱,在温度90K下对液体分子之间采用林纳德-琼斯(L-J)势,液体分子与固体原子间采用带有可变强度参数a的 L-J 势,对0.650〈a〈0.825范围内的8种a值进行了MD模拟.得到了相应的Gibbs 张力面.将其纳观底角视为近似纳观接触角,结合物理条件(当EPS/EPL =0时,α=π)用最小二乘法得到优化参数值x=0.7141, k=1.6051和相关系数0.9997.这一充分接近于1的相关系数表明,对于不同相互作用强度的纳米液固接触系统,优化参数x和k确实可近似视为常数,由此确认我们提出的利用MD模拟来确定纳观接触角近似公式中优化参数的可行性和该近似公式的一般适用性.

英文摘要:

Theoretical analyses are given to the known approaches of nano-contact angle and arrive at the conclusions: 1) All the approaches based on the assumptions of Qusi-uniform liquid film, or uniform liquid molecular density, or uniform liquid molecular densities respectively inside and outside the interface layer cannot give the correct nano-contact angle, and it is dicult to improve them. Among these approaches, both the conclusions of nano-contact angle sure being 0and sure being 180 are false. 2) Density functional theory (DFT)approach and Molecular Dynamics (MD) approach are capable to treat of nano-contact angle, however, the work is very heavy for using the DFT approach. 3) In 1995, Ruzeng Zhu (Col lege Physic [Vol. 14 (2), p1–4 (in Chinese)], corrected the concept of contact angle in a earlier false theory for macro contact angle and obtained the most simple and convenient approximate formula of nano-contact angleα=(12EPS/EPL)π,where EPL is the potential of a liquid molecule in the internal liquid and EPS is the interact potential between a liquid molecule and the solid on which it locats. Both EPS and EPL can be obtained by MD, therefore this theory as a approximate simplified form belongs to Molecular Dynamics approach of nano-contact angle. The results of 0 and 180 for complete wetting and complete non-wetting given by this formula are correct under the assumption of incompressible fluid, therefore, this theory is worthy of further development. For this end, based on the physical analysis, we assume that the potential energy of a liquid molecule on the Gibss surface of tension outside the three-phase contact area is EPL/2x and that of a liquid molecule on the three-phase contact line is (1+kEPS/EPL)αEPL/2xπ, where x and k are optimal parameters. According to the condition that the potential energy is the same everywhere on the Gibss surface of tension, an improved approximate formula for nano-contact angle α = π(12xEPS/EPL)/(1+kEPS/EPL) is obtained.To ob

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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