气体在物体表面的吸附是一个基本的物理过程。1938年，Brunauer-Emmett—Teller建立了著名的多层气体吸附模型（BET理论，论文引用次数超2万次），用于计算气体吸附——解吸附达到动态平衡时的气体占据数等。在太空等稀薄气体环境下，气体吸附与解吸附可对环境压强等参数产生重要影响，需要建立动态理论模型研究这一过程。12月6日，澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室副主任张小平副教授与其指导的博士研究生于心澄在流体物理学著名期刊《流体物理学》（Physics of Fluids）上发表了稀薄气体多层吸附动态理论。研究团队建立了研究气体分子吸附-解吸附过程的动力学理论框架，并用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）仿真方法进行数值计算，获得了分子吸附——解吸附的动态过程以及吸附——解吸附过程对环境流场的影响。
气体在物体表面的吸附是一个基本的物理过程。1938年，Brunauer-Emmett—Teller建立了著名的多层气体吸附模型（BET理论，论文引用次数超2万次），用于计算气体吸附——解吸附达到动态平衡时的气体占据数等。在太空等稀薄气体环境下，气体吸附与解吸附可对环境压强等参数产生重要影响，需要建立动态理论模型研究这一过程。12月6日，澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室副主任张小平副教授与其指导的博士研究生于心澄在流体物理学著名期刊《流体物理学》（Physics of Fluids）上发表了稀薄气体多层吸附动态理论。研究团队建立了研究气体分子吸附-解吸附过程的动力学理论框架，并用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）仿真方法进行数值计算，获得了分子吸附——解吸附的动态过程以及吸附——解吸附过程对环境流场的影响。
张小平副教授（左）与博士研究生于心澄（右）
团队首先发现和提出了描述多层动态吸附过程的微分方程组。如利用理论计算及数值模拟方法，证明了该动力学方程组的解与之前的BET平衡态解是相互自洽的。以及在动力学数值模拟中团队首次发现了气体与固体表面可能存在的过解吸附效应。在该研究中，还首次提出描述气体吸附过程对环境影响的双向耦合模拟算法，用于研究气体吸附对周边环境流场的影响。
通过DSMC 新方法计算的达到动力学平衡的结果与之前的平衡态理论结果的对比 [Yu et al. 2022]
在动力学数值模拟中首次发现的气体与固体表面过解吸附效应[Yu et al. 2022]
气体吸附解吸附过程中，环境气体的马赫数随时间的变化 [Yu et al. 2022]
太空中广泛存在稀薄气体环境，如彗星，星云等，这项工作为研究太空中的气体——固体相互作用的动态耦合过程奠定了基础。同时，月球极区水冰探测等工程任务也需要建立有效的微量水探测手段，水汽加热传输等过程中的水吸附会对测量结果产生显著影响。这项工作为相关的科学及工程探测提供了理论依据和指导。
研究论文于2022年12月6日在国际著名期刊《流体物理学》（Physics of Fluids）在线发表，并被选为编辑推荐工作（Editor’s Pick）。论文第一作者为澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室博士研究生于心澄，张小平副教授为通讯作者。于心澄同学本科和硕士毕业于南京大学物理学院，2020年9月至今在澳科大月球与行星科学国家重点实验室攻读博士学位，目前以第一作者身份在 Physics of Fluids，Chinese Physics B 等期刊发表学术论文4篇。
本研究得到澳门科学技术发展基金资助（项目编号0014/2022/A1 及0042/2018/A2）。
(853) 8897 2262
(853) 2882 7666
澳门科技大学O座O507室
