接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟*

葛宋 陈民

(清华大学工程力学系，北京 100084)

(2012年11月9日收到;2013年1月30日收到修改稿)

1 引言

在微纳机电系统中由于尺度的减小导致面体比显著增大，界面效应往往变得不可忽略甚至可能成为主导因素[1].液固界面处的界面热阻及由此产生的界面温度跳跃是重要的界面现象[2]，其对微纳米系统中能量传递的影响可由热阻长度来判断.热阻长度表征的是在液体内部形成与界面温度跳跃相同的温度差所需的液体层厚度[3].实验和模拟结果都表明在较疏水的液固界面，热阻长度可达到数十纳米[4,5].表面湿润性也是一种重要的界面性质，而静态接触角是衡量表面湿润性的主要物理量.相比于界面热阻，目前对于表面湿润性和接触角的研究更加充分.一方面表征固体表面湿润性的接触角在宏观实验中容易测量，另一方面，现有的材料加工技术已能方便地制造出具有不同湿润性的表面[6-8].界面热阻和表面湿润性作为两种重要的界面现象，如果能建立起界面热阻和接触角之间的联系，将为微纳米系统中的材料选择和热设计提供极大的便利.已有学者注意到液固界面热阻与表面湿润性的联系，并试图建立起接触角和界面热阻的函数关系[9-11].Murad和Puri[9]推断亲水的表面将有利于减小液固界面热阻.Shenogina等[11]利用在水和不同化学成分的固体表面构成的界面上的模拟结果提出界面热导G(界面热阻的倒数)与接触角之间存在如下关系：G=B(1+cosθ)，其中B为比例系……