Молекулярно-динамическое моделирование растекания нанометровых капель простых и полимерных жидкостей по структурированной поверхности твердого тела

• Автор: Дронников, Владимир Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 190 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Основные теоретические подходы к динамике смачивания

1.1. Полуэмпирическая теория растекания (степенные законы)

1.2. Методы подобия и размерностей

1.3. Различные структурные уровни рассмотрения механизмов процесса растекания

1.4. Гидродинамические теории

1.5. Неравновесная термодинамика

1.6. Методы компьютерного моделирования

Основные задачи исследования

Глава 2. Компьютерное моделирование растекания нанокапель по континуальной подложке
2.1. Теоретические основы изотермической молекулярной динамики
2.2. Учет поля твердой поверхности
2.3. Об алгоритме и программе моделирования
2.3.1. Общая схема алгоритма
2.3.2. Учет химических связей
2.3.3. Термостатирование
2.4. Исследование механизмов и закономерностей растекания нанокапель простого леннард-джонсовского флюида
2.4.1. О методе определения эффективного размера смоченной площади
2.4.2. Зависимость кинетики растекания от энергии подложки
2.4.3. Температурная зависимость кинетики растекания
'■ 2.4.4. Размерные эффекты при смачивании

2.5. Проблема идентификации фазового состояния наночастицы
2.6. Особенности растекания полимерных нанокапель
Глава 3. Компьютерное моделирование растекания нанокапель по структурированной поверхности твердого тела
3.1. Влияние дискретной (атомной) структуры твердого тела на растекание нанометровых капель
3.1.1. Специфические особенности потенциальной поверхности подложки с дискретной структурой
• 3.1.2. Метод расчета потенциала подложки
• 3.1.3. Результаты моделирования и обсуждение
3.2. Молекулярно-динамическое моделирование растекания нанометровых капель по гетерогенным поверхностям
3.2.1. Разработка универсального подхода к компьютерному дизайну твердых поверхностей с мезоскопическими неоднородностями произвольной формы
3.2.2. Компьютерное моделирование растекания нанокапель
' простого флюида по гетерогенным поверхностям
3.2.3. Особенности растекания полимерных нанокапель по гетерогенным поверхностям
3.3. О механизмах структурной организации в системах стержнеобразных молекул
Заключение
Основные,результаты и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Жидкое состояние является наименее изученным конденсированным состоянием вещества и, очевидно, наименее изученным из всех агрегатным состояний. До сих пор не завершена разработка статистической теории жидкого состояния, Все попытки его интерпретации как промежуточного между твердым и газообразным не увенчались успехом, и вряд ли есть надежда на успех такого начинания. Свойства и поведение жидкости в малых объемах исследованы в еще меньшей степени . Это касается, в частности, процесса растекания нанометровых капель жидкости по поверхности твердого тела. Поэтому большое значение приобретают альтернативные методы исследования, способные хотя бы отчасти приоткрыть завесу тайны жидкого состояния. Одним из наиболее перспективных методов является компьютерное моделирование жидкостей, в том числе жидкостей в малых объемах.
Растеканием называют процесс самопроизвольного распространения жидкости по поверхности твердого тела в виде фазового слоя [1-4], а соответствующую равновесную ситуацию - смачиванием. С одной стороны, интерес к процессам смачивания и растекания обусловливается их практической значимостью. Растекание жидкости по твердой поверхности является важной частью многих природных и технологических процессов, включая Пайку, склеивание, окрашивание поверхностей. Понимание влияния структуры подложки на морфологию капли жидкости открывает новые перспективы дизайна материалов с заранее заданными свойствами.
С другой стороны, по ряду причин (см., например, обзор [4]), исследование процессов смачивания и растекания представляет большой интерес с фундаментальной точки зрения. Хотя на первый взгляд это явление представляется чисто гидродинамическим и гидродинамический подход
Согласно Оствальду, высокодисперсная конденсированная фаза представляет особое агрегатное состояние вещества.

(2.2)
А ЭМ э/.=0] (21)
<*[э<ь ] э*
где 1(1ч)=К-и,К~ кинетическая, Я - потенциальная энергия системы, -
обобщенные координаты. В декартовых координатах уравнение переходит в систему
/цг - /
/=у ,Ь = -Чги
где г, - координаты, £ - сила, действующая в данный момент времени на частицу г с массой /л, со стороны всех остальных частиц системы, а также внешних (по отношению к рассматриваемой системе) силовых полей.
Другой формой уравнений движения являются уравнения Гамильгона
ЭЯ Эй
' . .ЭЯ
Рк = _ д
где рк = - обобщенный импульс, сопряженный qt,
(2.3)
я(р>9)=2ал ~1{м) (2-4)
- гамильтониан системы.
В декартовых координатах уравнение (2.3) имеет вид:

(2.5)
Ъ,=-ч,и=Ц
Таким образом, расчет траекторий движения системы из N частиц состоит из решения либо ЗЯ дифференциальных уравнений второго порядка (2.2), либо 6Я дифференциальных уравнений первого порядка (2.5), отвечающий системе уравнений второго закона Ньютона [76]. Конкретный алгоритм моделирования