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纳米液滴撞击固体表面动态行为的分子动力学模拟

液滴撞击固体表面是一种广泛存在于工农业生产中的现象。随着微纳技术的发展，纳米液滴撞击行为的定量描述有待完善。采用分子动力学模拟纳米水滴撞击柱状粗糙铜固体表面的动态行为,分别在液滴初始速度V₀为2~15Å/ps、5种方柱高度和6种固体表面特征能的情况下分析液滴的动态特征;模拟纳米液滴撞击运动固体表面，分别探究表面平动速度V_s为0.5~9 Å/ps、V₀为1~9 Å/ps、振幅为1~4 Å以及振动周期为2~16 ps时液滴的动态特征。结果表明，纳米液滴撞击柱状表面时，随着V₀的增加，其最终稳定状态先由Cassie态(V₀=2~3 Å/ps)转变为Wenzel态(V₀=4~10 Å/ps), 然后再次呈现Cassie态(V₀=11~13 Å/ps)。当V₀ >13 Å/ps时，液滴发生弹跳离开表面。液滴最大铺展时间t_max与V₀关系曲线中存在拐点，并针对不同速度区域提出t_max与V₀的关系式。方柱高度的增加使得液滴的稳定状态由Wenzel向Cassie态转变，液滴稳定状态的铺展半径逐渐减小。固体表面特征能的增大使得液滴的铺展能力增强，液滴的回缩现象逐渐减弱直至消失。纳米液滴撞击平动表面时，在相对滑动阶段，液滴内水分子运动为平动与绕液滴中心转动的耦合，在共速阶段，水分子的转动消失；建立液滴在摩擦力方向速度V_x与V_s、V₀和时间t的关系式。纳米液滴撞击振动表面时，振幅的增加阻碍液滴铺展，振动周期的增加促进液滴铺展。