液滴与气泡表面自由能的曲率依赖性：一项模拟研究
软凝聚态物质
2015-05-19 v1 统计力学
摘要
我们通过在具有周期性边界条件的有限 LxLxL 盒子中使用连续伞形采样的蒙特卡罗模拟，研究了流体由于相共存而产生的过剩自由能。我们分别研究了简单 Lennard-Jones 流体的气液相共存，以及对称二元 (AB) Lennard-Jones 混合物的 A 富集相与 B 富集相之间的共存，并在简单流体中改变密度 rho，或在二元混合物中改变 A 的相对浓度 x_A。相共存的特征从少数相的球状液滴（或气泡）（靠近共存曲线）变为柱状液滴（或气泡），最后（在混溶隙的中心）变为由两个平行平界面组成的板状构型。扩展了 M. Schrader, P. Virnau 和 K. Binder [Phys. Rev. E 79, 061104 (2009)] 的分析，我们提取了气液情况下球状和柱状液滴与气泡的表面自由能 gamma (R)，并给出证据表明，当 R -> Infinity 时，液滴的领头阶（Tolman）修正的符号与气泡的情况相反，这与 Tolman 长度独立于曲率符号的结论相一致。对于对称二元混合物，证实了预期的 Tolman 长度不存在。在所有情况下（并且对于与成核理论相关的半径范围 R），gamma(R) 强烈偏离 gamma (Infinity)，这可以通过 gamma(Infinity)/gamma(R)-1 ~ 1/R^2 量级的项来解释。我们还将简单 Lennard-Jones 流体的结果与密度泛函理论的结果进行了比较，发现 gamma(R) 的行为以及 Tolman 长度的符号和大小均存在定性一致。
引用
@article{arxiv.1009.0609,
title = {Curvature Dependence of Surface Free Energy of Liquid Drops and Bubbles: A Simulation Study},
author = {B. J. Block and S. K. Das and M. Oettel and P. Virnau and K. Binder},
journal= {arXiv preprint arXiv:1009.0609},
year = {2015}
}
备注
25 pages, submitted to J. Chem. Phys