《液固表面納米氣泡成核統計力學研究》是依託北京化工大學，由密建國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液固表面納米氣泡成核統計力學研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：密建國
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
考慮水的氫鍵和三分子作用，通過引入積分方程理論和三階微擾理論，改進密度泛函理論，使其可精確描述水的汽液界面張力、水在相變時氣泡成核界面能和界面驅動力，計算得到臨界成核半徑和成核自由能壘；結合動力學密度泛函，分析氣泡成核速率及影響因素；將新的理論模型拓展到受限空間，研究水在受限條件下的結構分布、相行為、汽液界面張力、氣泡臨界成核半徑及成核速率。經過一系列理論創新，定量分析水在均相及非均相條件下氣泡形成過程，完成對水這一重要流體複雜界面現象全方位的理論闡述。結合表面預潤濕理論，分析納米氣泡密度、大小及生存時間，經過實驗檢驗後，形成一套完整、嚴密的理論體系，為納米氣泡形成機製作出統計力學解釋；採用格子密度泛函理論，初步探索疏水納米顆粒自組裝過程及影響因素，最終促進統計力學理論在表面科學和材料科學領域的套用。
結題摘要
完成了密度泛函及動力學密度泛函理論建模，研究了溶解了空氣的水溶液中疏水材料表面氣體富集和液體排斥效應，計算了水中溶解氣體凝結形成氣泡所需的成核條件，包括固體界面的疏水程度、氣體的溶解度等，分析了278K和常溫下氣泡自發成核機理，預測了納米氣泡成核半徑。理論預測結果得到了實驗檢驗，表明理論預測正確；研究了疏水界面氣泡和液滴成核機理，計算得到氣泡和密度分布、成核能壘、臨界成核半徑，同時還得到了氣固、氣液及液固兩相界面和氣-液-固三相接觸線的自由能，將氣-液-固三相接觸線張力與兩相界面張力置於同一個理論框架內，首次實現了三相體系表面張力及線張力一體化理論表達；通過密度泛函理論與高分子積分方程理論結合，分析了不同聚合物材料表面的潤濕行為，分析了表面粗糙度和化學特性對潤濕性能的影響；將密度泛函理論模型拓展套用於結晶成核研究，分析了晶核內及晶體-流體界面結構，準確預測了液固表面張力，為深入研究結晶成核及納米自組裝打下了堅實的理論基礎。 本項目所提出的全部理論模型均採用通用力場來描述各種相互作用，也就是說，建模過程中不引入任何經驗參數，因此本項目所建立的理論模型為嚴格的預測性模型；同時，本項目所建立的理論模型預測的各種不同性質均進行了實驗檢驗，且具有較高的定量精度，完成了原定的全部研究計畫。根據研究進展和理論發展需要，增加了結晶成核研究。
