纳米尺度润湿性的度量
介观与纳米尺度物理
2017-11-27 v1 软凝聚态物质
摘要
润湿性是指液体对固体表面的亲和性。出于能量原因，宏观液滴在远离与固体界面处近乎球形，且由分子尺度表面相互作用引起的任何局部变形均可忽略。因此，润湿现象的研究通常假设表面上的液体呈现球冠形状。润湿程度则由液-气界面与固-液界面相交处的接触角来刻画。然而，当液滴体积缩小到阿升（attoliter）尺度时，表面相互作用变得显著，液滴逐渐呈现扭曲形状，不再符合我们对液滴的宏观传统概念。在此尺度下，接触角变得模糊，且如何参数化液体对表面的亲和性也不明确。亟需一种可扩展的度量标准来量化润湿性，特别是在利用纳米尺度液-固相互作用的技术涌现之际。本文中，我们结合纳米尺度实验与分子级模拟来研究小长度尺度下球形液滴形状的失效。我们展示了随着体积缩小，测量的液滴形貌如何日益显现非球形特征，这与理论预测一致。最终，纳米尺度液体在固体表面展平形成层状分子组装体，而非液滴。由于在微小尺度缺乏一致的接触角，我们引入液滴的吸附能密度作为液体对表面亲和性的新度量。我们发现，将液滴的宏观理想化外推至纳米尺度，尽管在几何上不与真实液滴相似，但如果适当包含线张力，仍能够恢复其吸附能。
引用
@article{arxiv.1608.08250,
title = {A metric for wettability at the nanoscale},
author = {Ronaldo Giro and Peter W. Bryant and Michael Engel and Rodrigo F. Neumann and Mathias Steiner},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.08250},
year = {2017}
}