《納米塗層表面的潤濕透明度研究》是依託清華大學，由於養信擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米塗層表面的潤濕透明度研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：於養信
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在固體材料表面進行納米塗層修飾是改變和控制材料表面親水疏水性質的有效方法。研究清楚固體材料納米塗層表面的潤濕與工作流體、塗層分子和固體表面三者相互作用之間的內在關係，對於化工設備材料和微電子器件材料製備工藝設計等有著重要的科學意義和廣闊的套用前景。本項目擬在申請人以前的密度泛函理論研究的基礎上，以計入鍵角能的半柔性硬鏈為參考流體，提出能套用於實際水醇等工作流體的新的密度泛函理論。套用量化理論確定工作流體所受的外場，建立能夠研究工作流體在固體材料納米塗層表面潤濕透明度的統計力學理論。做相應體系的分子模擬和納米塗層表面工作流體接觸角的實驗測定，用以檢驗本項目所建立的理論方法。由於電場存在於電子設備中，所以我們還理論研究了外加電場強度對納米塗層表面水醇潤濕透明度的影響，為控制液滴運動奠定了基礎。所建理論可用於指導化工設備和納米電子器件材料表面修飾工藝的設計，滿足材料科學和表面科學發展需要。
結題摘要
二維納米塗層材料的表面性質對於化工設備和納米電子器件的設計至關重要。本研究項目通過構建二維納米塗層材料的表面模型，套用密度泛函理論計算方法，研究和開發石墨烯等二維納米材料的表面性質及其與鹼金屬、有機電極活性物質和環境有害氣體分子間的相互作用。研究結果表明，通過摻加Ⅲ-IV元素原子或改變外加電場強度，可以將石墨烯的功函式在0.5-8.5eV之間進行調節，這為石墨烯作為接能電極和場致發射器件材料提供了依據。計算發現恩醌類有機電極活性物質在二維材料石墨烯和六方氮化硼表面為強物理吸附，摻入石墨烯或六方氮化硼的有機電極在電解液中的溶解度會下降，這可使有機電池使用壽命延長。我們發現矽原子摻雜的石墨烯具有較高的催化活性，使用它可以催化用一氧化碳還原一氧化二氫的反應，說明矽摻雜石墨烯是一種脫除環境有害氣體的高效綠色催化劑。我們發現未修飾的Nb2C材料作為超級電容器電極材料時具有很高的量子電容，其電容是石墨烯類電極的8-10倍，而OCH3基團修飾的Nb2C層狀材料，具有超低功函式（接近1.0eV），非常適合做場發電極材料。膨脹層狀Ti3C2類負極材料的層間距，可以提高鈉離子電池的開路電壓、充放電速度和電池容量。同時，我們還提出了一個能預測二維納米複合材料表面功函式的簡便方程，與計算量很大的密度泛函理論的計算結果偏差在±0.05eV之間。提出的使用離子選擇電極測定強電解質固體溶解度的實驗方法，具有方便、靈敏度和準確度高的優點，這為固體溶解度提供了可靠便捷的測試手段。我們的研究，為金屬離子電池、超級電容器、場致發射以及環境有害氣體脫除設備等提供了可用高效功能材料。這對於提高能源利用效率，節約成本，保護環境，造福社會都將有著積極的貢獻，具有重要的科學意義。
