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《北京化工大学》 2012年
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受限流体与材料表面性质密度泛函理论研究

曾鸣  
【摘要】:与主体流体相比,材料表面受限流体具有更加丰富的结构和性质,同时,通过受限流体还可以对材料的一些重要表面特性进行表征因此,研究受限流体对材料科学具有重要意义本文以密度泛函理论为基础,结合统计力学其他理论方法,研究了狭缝孔内圆柱孔内平板表面球形颗粒表面等不同几何受限条件下流体的结构与性质,并对吸附孔径分布润湿稳定等材料表面特性进行了表征主要内容如下: (1)从积分方程理论获得精确的直接相关函数,构建了改进的密度泛函理论模型;从重整化群理论出发,分析了受限条件下长程密度涨落的特点,构建了适用于改进模型的重整项泛函;研究了Lennard-Jones流体在狭缝孔内含临界区全局性相平衡,分析了相图的临界规律,预测流体在较小狭缝孔内的临界指数β接近于二维Ising值1/8;此外,还研究了受限流体临界温度随材料孔径变化的规律 (2)应用改进的密度泛函理论模型,计算了CH4CF4SF6在碳狭缝孔内的吸附等温线,及N2在碳圆柱孔内的吸附等温线,结果均与分子模拟数据吻合;通过吸附积分方程表征了碳材料的孔径分布,与几何分析数据及其他数据比较可知,预测结果具有较高的精度 (3)在理论模型中进一步考虑实际体系中的三分子作用,研究了Ar在Li材料平板表面的预润湿转变,得到了符合预润湿二维转变特性的临界指数β;基于力学的接触角法和热力学的化学势法,分别获得了Ar在Li材料平板表面的润湿温度 (4)通过分析高曲率表面特性,提出了新的线张力模型,计算了球形颗粒周围Lennard-Jones流体分布以及颗粒在流体平衡汽液界面的接触角和线张力,分析了线张力对接触角的影响;研究了接触角随温度颗粒直径流体-颗粒作用力等因素变化的规律,对颗粒在汽液界面的稳定性进行了表征 (5)结合重整化群理论高分子积分方程理论,建立了胶体-聚合物体系的密度泛函理论模型;研究了胶体-理想聚合物体系主体的微相分离,以及体系在狭缝孔内的微相分离,发现胶体-理想聚合物体系在较小狭缝孔内的临界区规律仍符合二维特性;研究了胶体-非理想聚合物在平板表面的密度分布,发现胶体在平板表面存在聚集倾向 (6)将密度泛函理论模型与动力学方程相结合,建立了胶体-聚合物体系的动力学密度泛函理论模型;研究了胶体-聚合物体系中胶体在聚合物导致的排空力下发生的聚集过程,发现胶体的快速聚集出现在早期;研究了胶体-聚合物体系的整体沉降过程,在合适的重力作用下,胶体颗粒会出现先沉降后上浮的沉降反转现象
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB30

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【参考文献】
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