固液界面热阻的温度依赖特性模拟研究

基于非平衡态分子动力学模拟方法,研究了系统温度及固液结合强度对固液界面传热的影响规律。模拟结果表明,固液界面热阻随着系统温度的升高而降低,并且亲水性界面的界面热阻温度依赖性较弱。基于微观热流密度计算式的分析表明,随着系统温度升高,动能项和维里项的贡献均逐渐增大,因而固液界面传热增强,但是动能项占比逐渐增大,维里项占比逐渐降低;随着固液结合强度逐渐增大,界面吸附效应增强,维里项贡献明显增大,这是较强的固液相互作用能够强化界面传热的主要原因。

TiC/Ni固液界面异质形核行为的第一性原理分子动力学模拟

本文借助第一性原理分子动力学方法和密度泛函理论,针对四种TiC/Ni固液界面,从原子的异质形核行为与界面的电子性质两方面综合分析,进一步研究TiC促进Ni异质形核的机制。结果表明:TiC(100)、[Ti]-TiC(111)、[C]-TiC(111)基底均可诱导出Ni的预形核层(Pre-nucleation layer,PNL),且界面PNL的层间及面内有序度排序均为:[Ti]-TiC(111)/Ni>[C]-TiC(111)/Ni>TiC(100)/Ni。[Ti]-TiC(111)与PNL的Ni原子之间的强相互作用及化学键合使得其诱导出的PNL有序度最高。而TiC(110)基底无法诱导液体Ni原子形成预形核层,相较于上述三种基底,其促进Ni原子形核的能力最弱。在降温过程中,液相中剩余的Ni原子通过在TiC(100)、[Ti]-TiC(111)及[C]-TiC(111)基底诱导出的PNL作为过渡层的基础上,随温度的降低在PNL外侧聚集成簇,形成稳定的晶核。

异质固液界面中多界面态的原子模拟研究

在晶界和固体表面系统中,针对界面“complexion”(或界面相、界面态)转变及其调控相关的研究,近年来呈现出持续增长的关注趋势.与此同时,这些界面相之间的转变问题,在异质固液界面体系中尚未得到足够的关注.使用分子动力学模拟方法预言了处于Pb熔点温度之上,Cu(111)/Pb(L)固液界面体系中存在的多界面相共存的界面状态;观察到4种单原子层的界面状态,即2种界面CuPb层状合金液相以及2种界面预凝固的Pb层状固相,共存于固体Cu和液体Pb之间的双原子界面层内;通过计算界面相在面内共存的各种性质空间分布,模拟出了该体系多界面相共存的力学、热力学和动力学性质的不均匀性和面内各向异性;计算获得的界面态热力学与动力学性质数值显著区别于固相Cu和液相Pb的相应性质.另外,测量得到的Cu(111)/Pb(L)固液界面态共存的“相平衡”条件具有共晶二元合金相图特征,而不是CuPb合金的偏晶相图.故所报道的数据有望为调节异质形核和润湿过程提供新的理论思路.

基于原位液相飞行时间二次离子质谱的电化学固液界面研究

电化学界面是能源转换与存储、生物化学、传感器和腐蚀等领域的核心,研究电化学界面结构与性能的关系一直是电化学和化学测量学的热点与难点。本文重点介绍了基于高真空兼容微流控装置的原位液相飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)技术的原理、特性,及其在电化学固液界面实时、原位探测方面的研究进展。随着微流控装置的进一步创新以及ToF-SIMS仪器的不断发展,原位液相ToF-SIMS将为电催化、电池等领域的复杂电化学固液界面研究提供重要手段。

泰兴市非饱和带与饱和带间固液界面传质模型的推导

非饱和带与饱和带紧密相联,建立两者交界处的固液界面传质模型,可以为非饱和带耦合饱和带模型提供一定理论基础,对更好地预测地下水污染趋势也非常有意义。文章以江苏省泰兴市为研究对象,将吸附与解吸、颗粒薄膜扩散、分配作用、稀释作用4种固液界面反应和非饱和带、饱和带的特性结合,推导出将非饱和带与饱和带联系在一起的固液界面传质模型。使用Matlab模拟模型参数改变时,地下水中污染物浓度的变化。结果表明,该模型是可行的,但是污染场地、污染物种类可能会对模型模拟结果造成影响。

热型连铸固液界面位置和形状的控制分析

在对横引式金属圆杆、圆管热型连铸试验基础上,分析了固液界面位置和形状的影响因素,提出通过提高铸型的温度梯度来加强对固液界面位置和形状的控制,以扩大热型连铸工艺参数配合的范围。

固液界面纳米气泡的研究

在经典热力学理论中 ,室温下水中纳米气泡被认为是不能稳定存在的。近年来随着对疏水表面研究的深入 ,越来越多的现象暗示固液界面存在纳米气泡 ,并引起疏水长程作用力。目前直接探测固液界面纳米气泡的最有力手段是AFM ,但它只能观察纳米气泡的形貌 ,无法对其进行直接定性 ,很有必要提供纳米气泡存在和来源的更直接证据。在云母表面进行乙醇和水替换形成纳米气泡 ,从成像条件和脱气对纳米气泡的影响两方面进行系统研究。不同成像模式和成像条件下AFM观察到的差异在一定程度上证明了观察到的就是纳米气泡。脱气实验结果表明 ,经脱气后乙醇和水形成纳米气泡的数量和概率明显降低 ,表明乙醇和水中溶解的气体是纳米气泡的来源 。

氩气流速对400mm大直径磁场直拉单晶硅固液界面、热应力及氧含量的影响

大直径化是太阳能光伏用单晶硅发展的趋势之一。由于炉体结构的增大，炉内气体流场的变化对晶硅生长过程产生了一定的影响。本文采用CGSim晶体生长软件，系统分析了氩气进口流速对固液界面，热应力和晶体氧含量的影响。结果表明，随氩气流速的增加，固液界面高度逐渐下降，当氩气流速为中等范围时，固液界面波动最低，有利于提高拉晶过程的稳定性；另一方面，三相交界处热应力最大值随氩气流速的增加而降低，固液界面热应力波动幅度随氩气流速的增加而增加，综合两方面考虑，确定采用中等氩气流速（0．9—1．5m·s-1）工艺可有效避免断晶等缺陷的发生。同时，在中等氩气流速范围内，晶体中心处的氧含量下降至6．55×10^17m／cm3（氩气流速为1．5m·s-1时），与低氩气流速时相比，氧含量降低了18％。

固液界面能差效应与冷凝传热强化研究进展

综述了固液界面能差效应强化冷凝传热的新机制及其对纯蒸气及含不凝气的蒸气冷凝传热过程影响的理论和实验研究进展.阐述了引入固液界面能差效应后的膜状冷凝、滴状冷凝和过渡状冷凝传热模型,及模型与实验数据的对比结果.介绍了利用固液界面效应强化纯蒸气和含不凝性气体的混合蒸气冷凝传热的强化技术.

脉冲激光溅射下固液界面生长的碳纳米管及其机理初探

以脉冲激光束直接溅射浸在水中的单质碳样品，发现在固液界而也能产生碳纳米管．实验还发现碳纳米管的形成与样品的结构有密切的关联：石墨的层状结构越完整，碳纳米管的形成越容易，而且石墨层而相对于激光束的取向也会显著地影响碳纳米管的生成．通过对实验结果的分析，探讨了激光液相溅射产生碳纳米管的机理，认为激光溅射产生的碳蒸气被水束缚在固液的界而内，而完整的晶而使碳蒸气在界而内的分布具有准二维的性质，为碳纳米管的生长提供了较为理想的环境．

固液界面吸附机制与模型——“环境水质学前沿专栏”序言

固液界面吸附是环境水化学及水处理技术研究中的一项重要内容.本文阐述了目前固液界面吸附研究方面取得的主要进展,对吸附剂表面性质、吸附络合物形态、表面反应描述中使用的一些重要实验技术、理论计算方法和模型模拟手段进行了系统的介绍,并展望了固液界面吸附研究的发展趋势.表面表征技术、理论计算及表面络合模型的发展、应用和结合有力地促进了人们对各种固液界面体系吸附机制的深入理解,对于阐明污染物在水环境中迁移转化规律,及开发新型吸附剂有着重要的科学意义.

单晶高温合金固液界面形状及对凝固组织的影响

ＤＤ８单晶高温合金在高温度梯度宽变速定向凝固装置上进行了单晶定向凝固实验，并在实验基础上系统地分析了凝固条件对固液界面形状及凝固组织缺陷的影响。结果表明，提高冷却速率，限制凝固速率在特定临界速率Ｖ＊以下，可以保持平直的固液界面；当超过这一临界速率Ｖ＊时，固液界面出现下凹，下凹的间液界面将导致形成小角度晶界、显微组织疏松及发散凝固组织，高凝固速率将导致定向凝固过程的个稳定性，制造冷却速率的定向凝固装置是实现快速定向凝固的必要条件。

凝固速度对奥氏体不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性的影响

本文研究了凝固速率对1Cr18Ni9Ti不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性转变规律的影响.结果表明,在某特一定的温度梯度下,随着凝固速度的增加,定向凝固的固液界面由平面转变为胞状晶,再转变为树枝晶.研究发现,随着凝固速率的增大,定向凝固组织枝晶形貌逐渐细化,枝晶间距减小.

热屏位置影响直拉单晶硅熔体和固液界面的模拟

为了研究热屏位置对于直拉单晶硅的熔体和固液界面的影响,采用CGSim有限元软件对200 mm直拉单晶硅生长过程进行了模拟,结果表明,随着热屏底端位置上升(或径向内移),熔体自由表面及其邻近区域的温度下降;随着热屏底端位置径向内移,位于两个大涡胞之间的较小涡胞强度增大且移向熔体液面深处;热屏位置上升或径向外移均会使固液界面上凸程度增大,这主要归因于晶体热场的相应变化。

梳型聚合物在固液界面吸附形态的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法对聚丙烯酸/聚环氧乙烷(PAA/PEO)梳型聚合物在固液界面吸附形态进行了模拟,得到了聚合物在液相中的聚集形态及在固液界面上吸附形态的瞬时构型,同时获得了聚合物的吸附层厚度、均方回转半径和吸附在固液界面的各种链段数等微观信息.结果表明,随着聚合物的接枝数(Np)增大,聚合物在液相中的扩散系数逐渐降低、相对黏度逐渐增大;当Np≥6时,羧基阴离子基团位于吸附层最外围,吸附层厚度近似等于PEO侧链长度,聚合物在固体表面形成空间排斥为主,静电排斥为辅的吸附状态;吸附聚合物分子密度过低或过高均不能起到良好的空间屏蔽或阻隔效应;吸附在固体粒子表面的聚合物应具有适宜的吸附-脱附自平衡能力.

固液界面与单晶连铸表面质量

本文研究固液界面对单晶连铸表面质量的影响，结果表明，形成中心向液体中凸出形状的固液界面，且保证铸锭表面在离开铸型之后自由凝团是获得高的表面质量的必要条件铸锭中心凝固点与铸型出口的最大距离，取决于固液界面张力及液体的密度．单晶铝铸锭表面凝固点与铸型出口的最大距离应控制在2mm范围内，这一分析结果与试验结果吻合很好.

碲锌镉垂直布里奇曼法晶体生长过程固液界面的演化

计算模拟了半导体材料碲锌镉垂直布里奇曼法单晶体生长过程,以等温线图展示了固液界面形状的演化,分析了温度梯度和坩埚移动速率对固液界面形状以及晶体内组分偏析的影响。计算结果表明在凝固的初始段,固液界面的凹陷深度较大,随后有较大幅度的减小。整个凝固过程中固液界面的凹陷深度值有一定的波动性。提高温度梯度、降低坩埚移动速率均能有效地减小固液界面的凹陷,改善晶体的径向组分偏析。

铜单晶连铸过程中固液界面位置和形状的数值分析

为了准确地控制工艺参数 ,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶 ,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状 .发现铸型温度 (TM)、连铸速度 (v)、冷却位置 (L)和熔体温度(TL)影响固液界面的位置和形状 ,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状 .当固液界面位于铸型内距出口端 2～ 3mm时 ,可获得表面光洁、晶体取向度小于 1 0°的连铸铜单晶 .为了获得高质量的单晶 ,固 -液界面面必须平滑 ,甚至是平界面 .计算结果与实验结果吻合很好 ,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数 ,为铜单晶连铸提供理论依据 .

两嵌段共聚高分子在固液界面吸附的Monte Carlo模拟(Ⅰ)吸附链的构型分布

用 Monte Carlo方法对两嵌段共聚高分子在固液界面的吸附进行模拟 ,获得了固液界面区吸附链节的分布和吸附构型大小分布等微观信息 .考察了吸附性链节的吸附能 εAa和两嵌段共聚高分子中吸附性链节比例 f对固液界面区高分子链节的分布和各种吸附构型大小的影响 .结果表明 ,吸附层厚度主要由两嵌段共聚高分子中非吸附性链段的长度决定 .

固液界面形貌及其转变

凝固时的固液界面通常为平面、胞状、枝晶状。在某些条件下结晶,会形成双胞结构、三胞结构、倾斜枝晶、密集分枝和退化枝晶等不规则界面。本文介绍了不规则界面的形貌特征,讨论了界面能各向异性、压力和温度对界面形貌的影响以及规则界面与不规则界面的相互转变等问题。当晶体沿着某些特定位向生长时,界面能接近于各向同性,晶体以密集分枝方式生长;当界面能各向异性时,大多数晶体以规则枝晶方式生长。在VF工艺中,低压下得到密集分枝界面;压力增加,界面以枝晶方式生长;压力进一步增加,重新得到密集分枝界面。