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1、碩士學(xué)位論文石墨烯修飾的金屬表面吸附及潤(rùn)濕特性研究RESEARCHONTHESURFACEADSORPTIONANDWETTINGPROPERTIESOFGRAPHENE沈榮琦哈爾濱工業(yè)大學(xué)2017年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TH140學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：624密級(jí)：公開工程碩士學(xué)位論文石墨烯修飾的金屬表面吸附及潤(rùn)濕特性研究碩士研究生：沈榮琦導(dǎo)師：白清順申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士學(xué)科：機(jī)械工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2017年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TH140U.D.C.:624Disser
2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHESURFACEADSORPTIONANDWETTINGPROPERTIESOFGRAPHENECandidate：ShenRongqiSupervisor：AssociateProf.BaiQingshunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringD
3、ateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要石墨烯作為一種準(zhǔn)二維材料，具有優(yōu)異的熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)石墨烯作為一種界面處于不同媒介之間時(shí)，其表面特性就顯得尤為重要，而潤(rùn)濕性作為固體材料表面特性之一，具有不同潤(rùn)濕特性的納米材料在構(gòu)筑自清潔涂層材料，金屬防腐和機(jī)械潤(rùn)滑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文中，以分子動(dòng)力學(xué)為主要研究手段，研究了不同長(zhǎng)寬比石墨烯在平整表面的弛豫特性，以及溫度和缺陷對(duì)石
4、墨烯弛豫特性的影響，從吸附能角度研究了石墨烯在階梯微結(jié)構(gòu)表面的粘附特性，并進(jìn)一步探討了石墨烯從階梯微結(jié)構(gòu)表面剝離的行為。研究表明石墨烯長(zhǎng)寬比越大，則弛豫過程中其波動(dòng)越劇烈，缺陷的存在加劇了其弛豫過程中的波動(dòng)。石墨烯在階梯微結(jié)構(gòu)表面的吸附構(gòu)型可以分為三種，從微結(jié)構(gòu)表面剝離石墨烯時(shí)，剝離力會(huì)出現(xiàn)周期性的波動(dòng)，并給出了平均剝離力隨微結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)變化的理論公式，與模擬結(jié)果擬合較好，隨著剝離角度的變大，平均剝離力變小，具有Stone-Wales缺陷結(jié)構(gòu)的石墨烯使剝離力變大。其次，研究了石墨烯涂覆金屬鋁表面的潤(rùn)濕特性，從納米水滴在石墨烯表面的鋪展半徑和
5、接觸線的受力這兩個(gè)角度分析了納米水滴在石墨烯涂覆金屬表面的鋪展特性，研究表明無論單層石墨烯涂覆的基底表面體現(xiàn)疏水性還是親水性，水滴在其表面的鋪展半徑r與時(shí)間的1/2次方成正比，并通過分析接觸線上原子的受力情況，指出納米水滴在石墨烯表面的鋪展經(jīng)歷三個(gè)階段。從動(dòng)能來看，石墨烯能夠減小水分子動(dòng)能峰值，使水分子動(dòng)能變化相對(duì)平緩，此外，本文還分析了表面張力與親疏水性的關(guān)系。接著研究了外靜電場(chǎng)作用下水滴在石墨烯表面的演變規(guī)律；探討了垂直電場(chǎng)作用下，水分子數(shù)量對(duì)接觸角的影響；結(jié)果顯示隨著垂直電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，接觸角先變大后減小。在一定強(qiáng)度的水平電場(chǎng)作用下，基
6、底越親水則水滴的對(duì)稱性受到的影響越大。從水分子偶極矩和氫鍵的角度，得出靠近基底的水分子和處于液氣界面位置的水分子偶極矩受電場(chǎng)的影響較小，固液相互作用參數(shù)對(duì)靠近基底的水分子平均氫鍵數(shù)量沒有明顯的影響。最后，實(shí)驗(yàn)研究了石墨烯對(duì)基底潤(rùn)濕性的影響，并與納米水滴在石墨烯表面的理論接觸角數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，初步驗(yàn)證仿真結(jié)果。接觸角滯后實(shí)驗(yàn)則說明石墨烯可以減小接觸角滯后，并且從多個(gè)角度分析了影響接觸角的因素。關(guān)鍵詞：石墨烯；分子動(dòng)力學(xué)仿真；粘附；潤(rùn)濕I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文ABSTRACTGrapheneasaquasitwo-dimensionalm
7、aterial,hadexcellentthermal,electrical,mechanicalandopticalproperties.Whenthegrapheneasaninterfacebetweendifferentmedia,itssurfacepropertieswasparticularlyimportant.Wettability,asoneofthesurfacepropertiesofsolidmaterials,hadawideapplicationprospectinthefieldsofbuildingself
8、-cleaningcoatingmaterials,metalcorrosionprotectionandmechanicallubrication.Inthisthesis,b
