مطالعه برگشت نانو قطره در برخورد به سطح توسط شبیه سازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی دانشگاه پیام نور

2 گروه مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، صندوق پستی 1616، لاهیجان، ایران.

چکیده

پوششهای نانویی به علت مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت، کاربرد وسیعی در سال های اخیر پیدا کرده اند. برگشت نانو قطره پس از برخورد به سطح، یکی از مهمترین پارامترها در ایجاد پوشش های نانویی ناقص و خراب میباشد. جدایش و یا برگشتن نانو قطره از روی سطح بستگی به عوامل فیزیکی مختلفی دارد که از مهمترین آن ها می توان به قطر، سرعت و زاویه برخورد نانو قطره به سطح اشاره کرد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی پدیده برگشت نانو قطره از روی سطح و بررسی روش های جلوگیری از آن برای ایجاد پوشش های یکنواخت و با کیفیت می باشد. در این تحقیق از مدل سازی دینامیک مولکولی در ابعاد نانو، برای شبیه‌سازی فرآیند برگشت نانو قطره از روی سطح استفاده شده است. ابتدا نانو قطره و سپس صفحه برخورد شبیه سازی و ساخته شده و بعد از آن از الگوریتم ورله برای مدل سازی این پدیده استفاده گردیده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش قطر نانوقطره مقدار سرعت حدی که در آن پدیده جدایش و برگشت رخ میدهد افزایش مییابد. همچنین با افزایش قطر قطره، سرعت برگشت و جدایش نانوقطره به صورت خطی و با شیبی نزدیک به 45 درجه افزایش یافته است. از نتایج به دست آمده مشاهده میشود که با کاهش زاویه برخورد نانوقطره نسبت به سطح، احتمال برگشت آن از روی سطح کم میگردد.

کلیدواژه‌ها


1. S.C. Maroo, J.N. Chung, Nano-droplet impact on a homogenous surface using molecular dynamics,  ASME 2008 3rd Energy Nanotechnology International Conference Collocated with the Heat Transfer, Fluids Engineering, and Energy Sustainability Conferences, American Society of Mechanical Engineers, 2008, pp. 113-121.
2. B. Shi, V.K. Dhir, Molecular dynamics simulation of the contact angle of liquids on solid surfaces, J. Chem. Phys., 130 (2009) 347-355.
3. N. Sedighi, S. Murad, S. Aggarwal, K,, Molecular dynamics simulations of spontaneous spreading of a nanodroplet on solid surfaces, fluid dynamics research, 43 (2011) 1-23.
4. C.-D. Wu, L.-M. Kuo, S.-J. Lin, S.-F. Hsieh, T.-H. Fang, Effects of temperature, size of water droplets, and surface roughness on nanowetting properties investigated using molecular dynamics simulation, Computational Materials Science, 53 (2012) 25--30.
5. S. Kim, Collision of Polymer Nano Droplets: Molecular Dynamics Study, Physics Procedia, 34 (2012) 66--69.
6. S. Asadi, Simulation of nanodroplet impact on a solid surface, Inter. J. Nano Dim., 3 (2012) 19-26.
7. N. Sedighi, S. Murad, S.K. Aggarwal, Molecular dynamics simulations of nanodroplet spreading on solid surfaces, effect of droplet size, Fluid Dynamics Research, 42 (2010) 0355.
8. H. Hai-Bao, C. Li-Bin, B. Lu-Yao, H. Su-He, Molecular dynamics simulations of the nano-droplet impact process on hydrophobic surfaces, Chinese Physics B, 23 (2014) 074702.
9. J. Woch, A.P. Terzyk, P.A. Gauden, R. Wesoowski, P. Kowalczyk, Water nanodroplet on a graphene surface—a new old system, J. Phys.: Condens. Matter, 28 (2016) 495002.
10. S. Asadi, Simulation of Nanodroplet Impact on an Oblique Surface in Nano Coating Processes by Molecular Dynamics, Journal of Surface Science and Engineering, 13(2017) 41-50.
11. H. Panahi, S. Asadi, Statistical Modeling for Oblique Collision of Nano and Micro Droplets in Plasma Spray Processes, International Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 14 (2018) 71-83.
12. H. Panahi, S. Asadi, Prediction of Nano-Droplet Spreading on the Surface using the Multivariate Non-Linear Regression, Advanced Materials and New Coatings, 7 (2018) 1842-1837.
13. Z. Yin, Z. Ding, X. Ma, X. Zhang, Y. Xia, Molecular Dynamics Simulations of Single Water Nanodroplet Impinging Vertically on Curved Copper Substrate, Microgravity Science and Technology, (2019).
14. J.J. Yu, R. Tang, Y.R. Li, L. Zhang, C.M. Wu, Molecular Dynamics Simulation of Heat Transport through Solid-Liquid Interface during Argon Droplet Evaporation on Heated Substrates, Langmuir, 35 (2019) 2164--2171.
15. Y.B. Wang, X.D. Wang, Y.R. Yang, M. Chen, The Maximum Spreading Factor for Polymer Nanodroplets Impacting a Hydrophobic Solid Surface, Journal of Physical Chemistry C, 123 (2019) 12841--12850.
16. A. Satoh, Introduction to practice of molecular simulation : molecular dynamics, Monte Carlo, Brownian dynamics, Lattice Boltzmann, dissipative particle dynamics, Elsevier, Amsterdam ; Boston, 2011.
17. M. Griebel, S. Knapek, G.W. Zumbusch, Numerical simulation in molecular dynamics : numerics, algorithms, parallelization, applications, Springer, Berlin, 2007.
18. D.C. Rapaport, The art of molecular dynamics simulation, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge, UK ; New York, NY, 2004.
19. H. Fukumura, Molecular nano dynamics, Wiley-VCH, Weinham, 2009.
20. M. Orsi, Comparative assessment of the ELBA coarse-grained model for water, Mol. Phys., 112 (2014) 1566--1576.
21. S.M. Rassoulinejad-Mousavi, Y. Zhang, Interatomic Potentials Transferability for Molecular Simulations: A Comparative Study for Platinum, Gold and Silver, Scientific Reports, 8 (2018).
22. س. اسدی, شبیه­سازی برخورد نانو قطره به سطح مورب در فرآیند ایجاد پوشش­های نانویی توسط دینامیک مولکولی, نشریه علوم و مهندسی سطح, 13 (1396) 41-50.