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摘要
液滴在织构基底上的自驱动对于理解一些生物表面水的定向运输和自清洁具有重要意义.本文提出了一种楔形铜基底-单层石墨烯覆层结构,实现了水滴从楔形基底尖端向宽端的定向快速自驱动.运用分子动力学方法研究了液滴在织构基底上的自驱动行为,结果表明,受基底表面润湿梯度和Young-Laplace压力梯度驱动的水滴最大速度可达73.8 m/s.能量变化规律表明,液滴势能和液滴与基底之间的相互作用能存在竞争关系,使得液滴与基底之间的相互作用能有部分转化为液滴势能,部分作用于液滴驱动.从理论上给出了楔形基底上液滴的最大位移与楔形基底角度、基底润湿性和液滴表面张力之间的关系,通过分析微纳尺度楔形基底宽度的非连续线性增加对液滴自驱动的影响,解释了液滴最大位移的理论值与模拟值的差异.此外,发现了尺寸较小的液滴更易获得较大的自驱动速度,分析了高速运动的小液滴在无润湿梯度基底上的长距离减速运动对液滴位移规律的影响,明确了楔形基底两侧悬浮状态的石墨烯对增强液滴输运效率的作用机制.研究结果将对实现液滴自驱动的单层石墨烯覆盖的功能织构表面设计具有理论指导意义.
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