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我校吴仲华学院1701班本科生在流体力学权威期刊《Physics of Fluids》发表论文

发布日期:2020-09-09

202098日,美国物理联合会旗下的流体力学权威期刊《Physics of Fluids》在线发表了我校吴仲华学院1701班本科生王一峰同学作为第一作者的学术论文:“Spreading and retraction kinetics for impact of nanodroplets on hydrophobic surfaces”https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0020675),论文的发表标志着我校在本科创新型人才培养方面取得了可喜的成果。

吴仲华学院由华北电力大学和中国科学院工程热物理研究所联合创办,以我国著名工程热物理学家、中国科学院工程热物理研究所创办人、工程热物理学科奠基者、中国科学院院士吴仲华先生的名字命名,于2018929日在我校正式揭牌成立。作为我校拔尖创新人才培养特区的试点学院,吴仲华学院的成立是我校构建多元化人才培养体系的重要举措。吴仲华学院旨在培养掌握动力工程/工程热物理及相关学科宽广深厚的基础知识,具备很强的独立思考和创新能力,造就未来可进行重大理论创新,或综合利用基本理论和知识解决重大工程实际问题,实现原始创新的领军和领袖人才。学院成立以来,在课程体系、本硕博一体化、教师选拔、本科生导师制、本科创新课题、吴仲华讲坛、国际化、小班研讨、荣誉教育等方面开展了一系列改革。

吴仲华学院实行双导师制,为每位同学配备了两名导师,导师分别由我校教师和中国科学院工程热物理所科研人员担任。王一峰同学在导师指导下,开展了吴仲华学院本科创新课题纳米尺度液滴撞击固体表面的分子动力学模拟。作为一名大二本科生,由于专业知识匮乏,研究的起步阶段异常困难。但王一峰同学不畏困难,持之以恒,通过大量阅读文献,自学相关基础知识,并坚持两周一次和导师讨论,不断磨练自己的科研技能。在开始的半年中,他尝试从多个角度切入到撞击纳米液滴铺展动力学建模的研究中,均以失败告终。但这并没有阻止他对科研探索的热情,反而激发了他的兴趣。通过反复的自我否定到自我肯定,最终确定了建模思路。为验证建模思路的可行性,他学习了分子动力学模拟技术,并利用分子模拟研究了撞击纳米液滴的动力学特性,初步建立出纳米液滴铺展和回缩动力学理论模型,之后通过对模型多次修正和反复检验,最终建立了可靠的模型,并将研究成果成功发表。依托本科创新课题,王一峰同学不仅在专业课程学习上有了更明确的动力和目标,同时也在科研能力和科研素养上得到了充分训练,更重要的是树立了成为我国新时代能源科技领军人才的长远目标。

理解纳米液滴撞击固体表面的动力学机理是发展纳米涂覆、纳米3D打印及纳米生物打印等新兴技术的重要基础。能否精准预测纳米液滴铺展和回缩过程,对如上工程应用中的参数设计至关重要。已有研究表明纳米尺度液滴与宏观尺度液滴的动力学行为存在显著差异。然而,现有的液滴铺展和回缩过程的理论模型均仅针对于宏观尺度液滴,不再适用于纳米尺度液滴。因此,亟需发展纳米尺度液滴铺展和回缩过程的理论模型。新兴纳米技术的发展需求,为科学家们提出了新的挑战。针对如上科学问题,王一峰同学围绕纳米液滴撞击疏水表面动力学行为的主题展开了研究,建立了纳米液滴铺展和回缩动力学的理论模型,通过与分子动力学模拟的结果进行对比,成功验证了理论模型的有效性。该研究首次揭示了纳米液滴在固体表面上铺展和回缩机理,为理解纳米尺度液滴撞击动力学行为奠定了理论基础,对新兴纳米技术的发展具有积极的推动作用。


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附:相关论文详细信息

Wang, Y.F.; Wang, Y.B.; Xie, F.F.; Liu, J.Y.; Wang, S.L.; Yang, Y.R.; Gao, S.R.; Wang, X.D. Spreading and retraction kinetics for impact of nanodroplets on hydrophobic surfaces. Phys. Fluids. 2020, 32:092005.

全文链接如下:

https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0020675


撰稿人:高淑蓉