Смачивающий переход
Смачивающий переход (переход Кэсси-Венцеля) может возникнуть в процессе смачивания твердой (или жидкой) поверхности жидкостью. Переход соответствует определенному изменению краевого угла – макроскопического параметра, характеризующего смачивание. [1] На одной и той же твердой подложке могут сосуществовать различные углы контакта. Смачивающие переходы могут происходить по-разному в зависимости от того, плоская или шероховатая поверхность.
Плоские поверхности [ править ]
Когда капля жидкости попадает на плоскую поверхность, могут возникнуть две ситуации. Если контактный угол равен нулю, ситуация называется полным смачиванием. Если угол контакта находится между 0 и 180°, ситуация называется частичным смачиванием. Смачивающий переход — это фазовый переход поверхности от частичного смачивания к полному смачиванию. [2]
Грубые поверхности [ править ]
На шероховатых поверхностях ситуация гораздо сложнее. Основной характеристикой смачивающих свойств шероховатых поверхностей является так называемый кажущийся угол смачивания (APCA). Хорошо известно, что обычно измеряемые APCA отличаются от предсказываемых уравнением Юнга . Для объяснения этого несоответствия были предложены две основные гипотезы, а именно модели смачивания Венцеля и Кэсси . [3] [4] [5] Согласно традиционной модели Кэсси, воздух может оставаться в ловушке под каплей, образуя «воздушные карманы». Таким образом, гидрофобность поверхности усиливается, поскольку капля частично находится на воздухе. С другой стороны, согласно модели Венцеля, шероховатость увеличивает площадь твердой поверхности, что также геометрически изменяет смачивающие свойства этой поверхности. [1] [3] [4] [5] Переход от режима Кэсси к режиму Венцеля также называют смачивающим переходом. [6] [7] [8] При определенных внешних воздействиях, таких как давление или вибрация, состояние смачивания Кэсси, захватывающего воздух, может преобразоваться в состояние Венцеля. [6] [9] [10] [11] Помимо внешних раздражителей, важными факторами, определяющими скорость смачивающего перехода, являются собственный контактный угол жидкости (ниже или выше 90 градусов), летучесть жидкости, структура полостей (возвратная или невозвратная, связанная или несвязанная). [12] Общепризнано, что режим смачивания Кэсси с захватом воздуха соответствует более высокому энергетическому состоянию, а переход Кэсси-Венцеля необратим. [13] Однако механизм перехода остается неясным. Было высказано предположение, что переход Кэсси–Венцеля происходит по механизму зародышеобразования, начиная с центра капли. [14] С другой стороны, недавние эксперименты показали, что переход Кэсси-Венцеля, скорее всего, обусловлен смещением тройной линии под действием внешнего стимула. [9] [10] [11] Также необходимо учитывать существование так называемого пропитывающего состояния смачивания Кэсси. [11] Понимание переходов смачивания имеет первостепенное значение для проектирования супергидрофобных поверхностей. [15] [16]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б П.Г. де Жен, Ф. Брошар-Вайарт, Д. Кере, Явления капиллярности и смачивания, Springer, Берлин, 2003.
- ^ Д. Бонн, Д. Росс, Rep. Prog. Физ. 2001, 64, 1085–1183.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б ABD Кэсси и С. Бакстер, Пер. Фарадей Общество, 1944, 40, 546–551.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б АБД Кэсси, Обсудите. Фарадей Общество, 1948, 3, 11–16.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Р. Н. Венцель, Индиана, инженер. хим., 1936, 28, 988–994.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б А. Лафума, Д. Кере, Nat. Матер., 2003, 2, 457–460.
- ^ Л. Барбьери, Э. Вагнер, П. Хоффманн, Ленгмюр, 2007, 23, 1723–1734.
- ^ Дж. Ван, Д. Чен, Ленгмюр, 2008, 24, 10174-10180.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б E. Bormashenko, R. Pogreb, G. Whyman, Ye. Bormashenko, M. Erlich, Langmuir, 2007, 23, 6501–6503.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б E. Bormashenko, R. Pogreb, G. Whyman, Ye. Bormashenko, M. Erlich, Langmuir, 2007, 23, 12217–12221.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с E. Bormashenko, R. Pogreb, T. Stein, G. Whyman, M. Erlich, A. Musin, V. Machavariani, D. Aurbach, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 4056–4061.
- ^ Со, Донджин; Шрейдер, Алекс М.; Чен, Сю-Ин; Кауфман, Яир; Кристиани, Томас Р.; Пейдж, Стивен Х.; Кениг, Питер Х.; Гизо, Йонас; Ли, Дон Вуг; Исраэлачвили, Джейкоб Н. (07 августа 2018 г.). «Скорости заполнения полостей жидкостью» . Труды Национальной академии наук . 115 (32): 8070–8075. Бибкод : 2018PNAS..115.8070S . дои : 10.1073/pnas.1804437115 . ISSN 0027-8424 . ПМК 6094138 . ПМИД 30026197 .
- ^ А. Мармур, Мягкая материя, 2006, 2, 12–17.
- ^ К. Исино, К. Окумура, Europhys. Летт., 2006, 76(3), 464–470.
- ^ Д. Кере, М. Рейсса, Philos. Пер. Р. Сок. Лондон, А. 2008, 366, 1539–1556.
- ^ М. Носоновский, Б. Бхушан, Адв. Функц. Матер. 2008, 18, 843–855.