石墨烯修饰的金属表面吸附及润湿特性研究

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1、硕士学位论文石墨烯修饰的金属表面吸附及润湿特性研究RESEARCHONTHESURFACEADSORPTIONANDWETTINGPROPERTIESOFGRAPHENE沈荣琦哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：TH140学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文石墨烯修饰的金属表面吸附及润湿特性研究硕士研究生：沈荣琦导师：白清顺申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH140U.D.C.:624Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHESURFACEADSORPTIONANDWETTINGPROPERTIESOFGRAPHENECandidate：ShenRongqiSupervisor：AssociateProf.BaiQingshunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringD

3、ateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要石墨烯作为一种准二维材料，具有优异的热学、电学、力学和光学性质。当石墨烯作为一种界面处于不同媒介之间时，其表面特性就显得尤为重要，而润湿性作为固体材料表面特性之一，具有不同润湿特性的纳米材料在构筑自清洁涂层材料，金属防腐和机械润滑等领域具有广阔的应用前景。本文中，以分子动力学为主要研究手段，研究了不同长宽比石墨烯在平整表面的弛豫特性，以及温度和缺陷对石

4、墨烯弛豫特性的影响，从吸附能角度研究了石墨烯在阶梯微结构表面的粘附特性，并进一步探讨了石墨烯从阶梯微结构表面剥离的行为。研究表明石墨烯长宽比越大，则弛豫过程中其波动越剧烈，缺陷的存在加剧了其弛豫过程中的波动。石墨烯在阶梯微结构表面的吸附构型可以分为三种，从微结构表面剥离石墨烯时，剥离力会出现周期性的波动，并给出了平均剥离力随微结构尺寸参数变化的理论公式，与模拟结果拟合较好，随着剥离角度的变大，平均剥离力变小，具有Stone-Wales缺陷结构的石墨烯使剥离力变大。其次，研究了石墨烯涂覆金属铝表面的润湿特性，从纳米水滴在石墨烯表面的铺展半径和

5、接触线的受力这两个角度分析了纳米水滴在石墨烯涂覆金属表面的铺展特性，研究表明无论单层石墨烯涂覆的基底表面体现疏水性还是亲水性，水滴在其表面的铺展半径r与时间的1/2次方成正比，并通过分析接触线上原子的受力情况，指出纳米水滴在石墨烯表面的铺展经历三个阶段。从动能来看，石墨烯能够减小水分子动能峰值，使水分子动能变化相对平缓，此外，本文还分析了表面张力与亲疏水性的关系。接着研究了外静电场作用下水滴在石墨烯表面的演变规律；探讨了垂直电场作用下，水分子数量对接触角的影响；结果显示随着垂直电场强度增强，接触角先变大后减小。在一定强度的水平电场作用下，基

6、底越亲水则水滴的对称性受到的影响越大。从水分子偶极矩和氢键的角度，得出靠近基底的水分子和处于液气界面位置的水分子偶极矩受电场的影响较小，固液相互作用参数对靠近基底的水分子平均氢键数量没有明显的影响。最后，实验研究了石墨烯对基底润湿性的影响，并与纳米水滴在石墨烯表面的理论接触角数值进行对比，初步验证仿真结果。接触角滞后实验则说明石墨烯可以减小接触角滞后，并且从多个角度分析了影响接触角的因素。关键词：石墨烯；分子动力学仿真；粘附；润湿I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文ABSTRACTGrapheneasaquasitwo-dimensionalm

7、aterial,hadexcellentthermal,electrical,mechanicalandopticalproperties.Whenthegrapheneasaninterfacebetweendifferentmedia,itssurfacepropertieswasparticularlyimportant.Wettability,asoneofthesurfacepropertiesofsolidmaterials,hadawideapplicationprospectinthefieldsofbuildingself

8、-cleaningcoatingmaterials,metalcorrosionprotectionandmechanicallubrication.Inthisthesis,b