液态锂在固体表面润湿性的分子动力学模拟研究

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1、学校代号10532学号S150700537分类号密级公开硕士学位论文液态锂在固体表面润湿性的分子动力学模拟研究学位申请人姓名邹晨霞培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称胡望宇教授学科专业物理学研究方向计算与理论凝聚态物理论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S150700537密级：公开湖南大学硕士学位论文液态锂在固体表面润湿性的分子动力学模拟研究学位申请人姓名：邹晨霞导师姓名及职称：胡望宇教授专业名称：物理学论文提交日期：2018年5月14日论文答辩日期：2018年5月28日答辩委员会主席：陈克求教授Thewettingp

2、ropertiesofLidropletonsolidsurfaces:AmoleculardynamicsstudybyZOUChenxiaB.S.（ZhoukouNormalUniversity）2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHuWangyuMay,2018液态锂在固体表

3、面润湿性的分子动力学模拟研究摘要随着世界经济持续快速地发展，巨大的能量需求和有限的能源供给之间的矛盾日益突出。得益于新能源开发技术的逐渐成熟，核聚变能，由于其辐射安全性高、资源丰富等优势有望成为满足人类未来能源需求的最理想能源。液态金属锂，因具有低原子序数、强化学性质，并且与等离子体具有较好的兼容性等优良特性，被看作是核聚变装置中理想的面向等离子体第一壁材料。液态锂在结构材料表面的流动性是充分发挥液态锂优势的关键，因此，深入地探究液态锂在固体表面的润湿性是十分必要的。铁和钨具有熔点高、化学性能稳定、高热导等优势，都被看作是面向等离子体固体第一

4、壁材料的极佳的、最具潜力的候选材料，因此，研究液态锂在固体铁和钨表面的润湿特性具有十分重要的意义。本文在MAEAM势函数框架下应用分子动力学模拟方法详细探究了液态锂在单晶铁、多晶铁和多晶钨表面的润湿特性，其中单晶铁选择了(100)、(110)和(112)三个晶面。研究结果表明，锂液滴在单晶铁表面完全润湿，在(100)和(110)表面表现出了各向同性润湿，而在(112)面则表现出了明显的各向异性润湿特性，这主要是由于锂液滴在(112)表面铺展时，锂原子沿面内[111̅]晶向的扩散势垒比[11̅0]晶向的小很多导致的。锂液滴在单晶铁表面铺展时都有

5、厚度仅为单层液态锂原子的前驱膜出现，在(100)和(110)表面形成前驱膜形状接近于圆形，而在(112)面的形状则为椭圆形。锂液滴在多晶铁表面完全润湿，表现出了各向异性润湿特性，在晶体表面有形状极其不规则的且厚度仅为单层液态锂原子的前驱膜出现。液态锂在多晶钨表面则表现出了很差的润湿性，而且润湿过程中没有前驱膜的出现。在本文工作中，我们提出了一种新的用来表征液体在固体表面润湿性的方法，该方法是从原子尺度出发，通过直接测量随时间变化的接触原子数来表征润湿性，通过这种方法，实现了液体在单晶体和多晶体表面润湿性表征的统一。另外，本文还研究了温度对润湿

6、性的影响，无论是单晶还是多晶体系，温度越高液滴的铺展速度越快，润湿性越好。希望通过本文对液态锂在单晶铁和多晶铁、多晶钨表面的润湿性研究，可以为实验上进行相关的润湿性研究提供更好的帮助和指导。关键词：液态锂；润湿性；多晶；各向异性II硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentoftheworldeconomy,thecontradictionbetweenthehugeenergydemandandthelimitedenergysupplyisbecomingmoreandmoreprominent.Benef

7、itfromthematurationofthedevelopmentofnewenergytechnology,nuclearfusionenergyisexpectedtobecometheidealenergysourcetomeetthefurtherenergyneedsofmankind,onaccountofthesuperiorcharacteristicoflowradiationriskandabundantsources.Liquidlithium(Li)isconsideredasapromisingmaterialo

8、fPlasmaFacingComponents(PFCs)forfusiondevisesduetoithasmanyadvantages,suchaslowato