纳米技术是21世纪具有巨大发展潜力的核心研究领域之一[1]、[2]、[3]。作为纳米技术的主要研究对象，纳米材料由于其显著的表面效应和尺寸效应，表现出比传统材料更优异的物理和化学性能。在当前研究的众多纳米材料中，钛纳米颗粒在航空航天[4]、[5]、催化作用[6]、[7]和新能源[8]等领域展现出巨大的应用潜力，这得益于它们的高强度、良好的热稳定性和活跃的催化性能。
尽管钛纳米颗粒具有独特的应用特性，但由于其极高的表面能和反应性，在制备、储存和运输过程中容易发生团聚[9]、烧结[10]和表面氧化[11]。团聚会导致颗粒尺寸增加和表面积与体积比的增大，从而使纳米颗粒逐渐失去其在纳米尺度上的独特性质。稳定性维持的困难严重影响了钛纳米颗粒的大规模制备、储存和实际应用。在基于粘结剂喷射或浆料直接喷射的金属3D打印技术（FDM）[12]、[13]、[14]中，钛纳米粉末的高反应性和易团聚特性可能导致打印浆料的流变性能失控、颗粒在粘结剂中的分布不均匀以及打印过程中的喷嘴堵塞[15]、[16]等问题。同时，在后续的烧结过程中，颗粒的烧结和氧化会严重影响打印零件的致密化和最终机械性能[17]、[18]、[19]。因此，有效的表面修饰和稳定性处理是扩展钛纳米颗粒应用和促进基于钛的3D打印技术发展的关键环节[20]、[21]。
目前，增加钛纳米颗粒的表面涂层是维持材料稳定性的研究热点之一。通过给钛纳米颗粒涂覆钝化层和有效的隔离层，可以抑制其团聚和氧化现象，从而满足特定的物理/化学要求[22]。钛纳米颗粒涂层改性的原理是通过在其表面涂覆惰性涂层膜，制备出在储存环境中呈惰性、在工作环境中具有活性的核壳复合颗粒[23]、[24]。钛纳米颗粒的表面涂层材料主要分为三种类型：有机涂层层[25]、金属涂层层[26]和无机非金属涂层层[27]。在各种涂层材料中，用有机分子涂覆钛纳米颗粒是一种高效且易于制备的方法[28]、[29]、[30]。
琥珀酸是一种二元羧酸，化学式为C4H6O4。在室温下，它是一种无色无味的晶体，带有特殊的酸味[31]。有机分子涂层技术主要通过物理吸附和化学键合在颗粒表面形成一层薄而致密的有机分子膜。作为简单的二元羧酸，琥珀酸在涂覆钛纳米颗粒时具有独特的结构优势：琥珀酸两端的羧基功能团可以与钛表面的原子形成强配位键或离子键，中间的烃链向外延伸，为涂层提供有效的空间位阻[30]、[32]。这种独特的结构使得琥珀酸不仅有望成为高效的、低成本的钛纳米颗粒表面稳定剂，还可能作为制备钛纳米颗粒3D打印浆料的优秀“共溶剂”或“分散剂”。它能有效防止颗粒之间的团聚，从而显著提高浆料的稳定性和流动性，这对于获得高精度、高性能的3D打印产品至关重要。
虽然一些研究已经开始尝试用有机分子对钛纳米颗粒进行表面修饰，但对于有机分子的具体吸附配置、动态吸附机制以及涂层层的形成机制仍缺乏深入的分子水平理解。为此，本文采用分子动力学模拟方法，并基于ReaxFF反应力场，系统分析了琥珀酸涂覆钛纳米颗粒的吸附行为和涂层稳定性。通过构建平面静态吸附、动态吸附和球形颗粒涂层模型，深入探讨了琥珀酸的最佳吸附配置和涂层效果，旨在揭示琥珀酸作为高效表面稳定剂的作用机制。
