Page 122 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 周峰, 等: 两类润滑剂物性参数和摩擦系数的高通量分子动力学计算 411

Timstep
20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000
0.10 14 100
(a) (b) 0.14
12
0.05 10 80 0.12
Velocity/(m/s) 0.00 8 6 Shear rate×10 7 /s Momentum×10 −22 /(kg·m/s) 60 0.08 Viscosity/(Pa·s)
0.10
40
0.06
−0.05 4 20 0.04
2 Momentum 0.02
Viscosity
0
−0.10 0 0.00
0 8 16 24 32 40 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000
−10
Position×10 /m Timestep

Fig. 8 (a) Velocity distribution and shear rate of different time steps；(b) Momentum flux and viscosity of different time steps
图 8 (a)不同时间步系统的速度分布和剪切率；(b)不同时间步系统的动量通量和黏度
2.0
(a) F 1.8 (b) 0.018
Normal force, friction force/nN 1.2 0.012 Friction coefficient
V 1.6 0.015
1.4

1.0
0.009
0.8
0.6
0.006
0.4
Friction force
Friction coefficient
0.2
0.0 Normal force 0.003
0.000
1 2 3 4 5 6
V Equilibrium phase

Fig. 9 (a) Friction coefficient computation method schematic diagram；(b) The normal force，friction force and
friction coefficient of one lubricant
图 9 (a)摩擦系数计算方法示意图；(b)一种润滑剂法向力，摩擦力和摩擦系数
内取得的垂直平板和平行平板的力平均值以及摩擦 2.3 润滑剂结构与物性参数和摩擦系数依赖规律
系数的平均值. 图中结果与预期相符合，表明程序中 以 ammonium和 bis-dioxobutane-sulfonate离 子 液
采用的时间平均间隔和摩擦系数计算方法是可靠的. 体为例介绍由高通量计算获得的润滑剂烷基碳链长

2.2 润滑剂物性参数计算验证 度与润滑剂物性参数的依赖规律. 参数集中计算了密
基于离子液体润滑剂对计算结果评估. 图10(a)为 度、热导率、黏度和摩擦系数. 图11为烷基链长1至
[16]
1-methylpyridinium methylsulfate 在不同温度条件下 10的阴离子和阳离子结构图.
润滑剂的密度. 从图中可知，在压强不变时，随着温度 阴阳离子共组合出100种离子液体分别计算其物
增加润滑剂的密度逐渐减小，即体积逐渐增大，且不 性参数. 图12(a)为密度随烷基链长的变化规律. 随着
同温度下密度的计算值与实验值吻合很好. 烷基碳链长度的增加离子液体的密度逐渐减小，同时
润滑剂的热导率如图10(b)所示，在不同温度下， 阴离子烷基碳链长度对密度影响更大，即在相同阳离
计算和实验数据表明在这样的温度变化下，热导率不 子烷基碳链长度下，密度随阴离子烷基碳链长度减小
随温度的变化而变化. 与此同时，实验值和计算值也 更快. 图12(b)为不同阴阳离子烷基碳链长度时的热导
取得了较好的一致性. 率. 与密度不同，随着烷基碳链长度的增加，离子液体
如图10(c)所示不同温度下润滑剂的黏度随温度 的化学键的数量变大，因此离子液体的热导率逐渐增
的变化，随着温度的增加润滑剂的黏度逐渐减小，这 大，并且阴离子的烷基链对离子液体的热导率影响更
与预期相符合. 同时，不论是随温度的变化趋势还是 大，即离子液体的热导率随阴离子烷基链长增加而增
固定温度下润滑剂的黏度的具体量值，润滑剂黏度的 大的速度较随阳离子烷基链长更快.
计算值与实验值相差不大. 针对黏度方面从另一个角度，即润滑剂在高剪切