項目成果/簡介:

毛細(xì)凝聚是指在限域空間內(nèi)的氣體，不必達(dá)到過飽和狀態(tài)即可發(fā)生凝聚從而轉(zhuǎn)變成液體的現(xiàn)象。毛細(xì)凝聚普遍發(fā)生于顆粒狀物料和多孔介質(zhì)中，可極大地改變固液界面處的吸附、潤滑、摩擦和腐蝕等特性。毛細(xì)凝聚關(guān)聯(lián)了宏觀固液界面潤濕和微觀分子間力學(xué)作用，是納米限域力學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問題，也是當(dāng)前介尺度科學(xué)的國際前沿?zé)狳c。 早在150年前，著名的英國科學(xué)家威廉·湯姆森（William Thomson，后來被冊封為開爾文勛爵）從理論上描述了毛細(xì)管內(nèi)彎曲的液氣界面引起的蒸氣壓變化，被稱為開爾文方程，這是固液界面潤濕領(lǐng)域三大經(jīng)典理論之一。數(shù)十年來，研究者致力于研究開爾文方程在納米尺度的適用性問題。然而，在極端限域條件下，通道特征尺寸與水分子大小相當(dāng)，實驗觀測難度大，經(jīng)典模型中采用的彎月面曲率、接觸角等概念難以準(zhǔn)確定義，給理論分析帶來極大挑戰(zhàn)。 針對該問題，國際合作團(tuán)隊利用二維材料構(gòu)筑的納米通道開展了實驗，基于通道壁面變形表征了毛細(xì)凝聚。我校王奉超教授研究揭示了固液界面能的尺寸效應(yīng)，修正了經(jīng)典的開爾文方程，建立了納米限域毛細(xì)凝聚的新理論，對該極限尺度的最新實驗結(jié)果及其力學(xué)機理進(jìn)行了合理解釋，闡述了固液界面力學(xué)作用在納米/亞納米尺度的毛細(xì)凝聚中扮演的重要角色，明確了經(jīng)典理論方程中重要參數(shù)及邊界條件的微觀理解是介尺度固液界面科學(xué)研究的核心所在。