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测量线张力:分子动力学液滴脱离过程中的热力学积分

化学物理 2024-02-12 v1

摘要

接触线(CL)是固相、液相和气相交汇之处,Young 方程描述了这三相之间界面张力的宏观力平衡。这些界面张力与界面周围出现的纳米尺度应力不均匀性相关,而对于弯曲的 CL(例如三维液滴),Young 方程中必须包含另一种称为线张力的力。线张力具有力的单位,平行于 CL 作用,需要将 CL 周围额外的应力不均匀性纳入力平衡。考虑到这一特征,Bey 等人 [J. Chem. Phys. \textbf{152}, 094707 (2020)] 报告了一种力学方法,从分子动力学(MD)模拟中提取线张力 \taul\taul 的值。在本研究中,我们展示了一种将线张力解释为单位 CL 长度自由能的新热力学解释,基于该解释,通过准二维液滴从固体表面准静态脱离过程的 MD 模拟,我们获得了 \taul\taul 作为接触角函数的值。该模拟方案被视为热力学积分方法的扩展,此前该方法曾用于通过脱离过程计算固-液和固-气界面张力,此处将其扩展至三相系统。所得值与 Bey 等人的结果吻合良好,证明了热力学积分在三相界面处的有效性。

关键词

引用

@article{arxiv.2402.06237,
  title  = {Measuring line tension: thermodynamic integration during detachment of a molecular dynamics droplet},
  author = {Minori Shintaku and Haruki Oga and Hiroki Kusudo and Edward R. Smith and Takeshi Omori and Yasutaka Yamaguchi},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2402.06237},
  year   = {2024}
}

备注

9 figures