1、潤(rùn)濕性是固體材料表面的重要性能之一，具有不同潤(rùn)濕性的納米材料在生產(chǎn)生活中有著廣闊的應(yīng)用前景。一般通過調(diào)節(jié)材料表面的微觀結(jié)構(gòu)可有效改變其潤(rùn)濕性。此外，當(dāng)外界條件變化時(shí)，如施加外部電場(chǎng)，液滴在固體表面的潤(rùn)濕性會(huì)發(fā)生明顯變化?，F(xiàn)實(shí)生活中，人們經(jīng)常會(huì)遇到液滴融合現(xiàn)象，如自然界中云霧的形成、工程應(yīng)用中的乳化技術(shù)以及3D打印技術(shù)等等。固體表面潤(rùn)濕性以及微觀幾何結(jié)構(gòu)對(duì)相接觸液膜的融合機(jī)制以及液滴的形態(tài)演變都有明顯影響。因此了解材料表面微觀結(jié)構(gòu)以及電場(chǎng)

2、等外界條件對(duì)固體表面潤(rùn)濕性的影響以及液滴形態(tài)結(jié)構(gòu)演變行為，對(duì)獲得有效地調(diào)節(jié)固體表面潤(rùn)濕性的方法及研制特殊反潤(rùn)濕特性的納米材料具有重要意義。
　　本文中，我們利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了水在石墨烯以及碳納米管表面的形態(tài)演變行為以及外加電場(chǎng)對(duì)碳納米材料表面潤(rùn)濕性的影響。揭示了界面性質(zhì)及各向異性表面結(jié)構(gòu)與水膜融合機(jī)制間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)了外加電場(chǎng)可以調(diào)節(jié)水滴在石墨烯表面的潤(rùn)濕性。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過研究?jī)蓚€(gè)等徑水膜

3、在石墨烯(G)、水平排列(HCNTA)以及垂直排列的碳納米管表面(VCNTA)的融合行為，探討了界面性質(zhì)對(duì)水膜融合行為的影響。研究結(jié)果表明在碳納米材料表面，相鄰水膜之間的液橋高度隨時(shí)間呈線性增長(zhǎng)，液橋?qū)挾仍鲩L(zhǎng)遵循指數(shù)為1/2的冪律法則。垂直于襯底方向，密度分布曲線上呈現(xiàn)兩處明顯的波峰，說明碳材料表面的水分子呈現(xiàn)分層有序結(jié)構(gòu)，這些有序結(jié)構(gòu)阻礙了水分子在此方向上的擴(kuò)散，進(jìn)一步影響了液橋高度增長(zhǎng)的速度。
　　(2)探討了各向異性表面結(jié)構(gòu)

4、對(duì)水膜融合行為的影響。在不同粗糙度的碳納米管陣列表面，水膜間液橋高度增長(zhǎng)呈線性增長(zhǎng)，潤(rùn)濕角較大的襯底表面液橋高度增長(zhǎng)較快。對(duì)于相隔1(A)的兩個(gè)等徑水膜而言，在G和HCNTA表面上的水膜不再融合，而是各自收縮形成兩個(gè)獨(dú)立的半球形水滴。只有在VCNTA表面，兩液膜在毛細(xì)管力作用下最終才會(huì)融合成一個(gè)液滴。然而毛細(xì)管力的促進(jìn)作用是非常有限的，相距2(A)后，VCNTA表面的水膜將不再融合。此結(jié)果為通過調(diào)節(jié)襯底表面結(jié)構(gòu)來控制液膜的融合行為提供了

5、理論依據(jù)，在冷凝以及噴墨打印設(shè)計(jì)方面有重要應(yīng)用。
　　(3)研究了外靜電場(chǎng)下水滴在石墨烯表面的演變行為;探討了垂直電場(chǎng)對(duì)質(zhì)量密度分布、水分子極化、以及平均氫鍵數(shù)分布情況的影響。研究結(jié)果表明，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，系統(tǒng)平衡后水滴由半球形向圓錐形轉(zhuǎn)變，當(dāng)強(qiáng)度足夠大時(shí)則以柱狀形式存在。伴隨著形狀的改變，水分子的偶極取向也發(fā)生明顯變化，水分子結(jié)構(gòu)由無序狀態(tài)向有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變。密度分布以及氫鍵分布曲線上存在兩個(gè)明顯的波峰，說明界面處水分子呈分層有