纳米结构表面的活化润湿：反应坐标、有限尺寸效应与模拟陷阱
统计力学
2018-10-05 v1
摘要
与纹理表面接触的液体可处于两种状态：Wenzel 态和 Cassie 态。在 Wenzel 态中液体完全润湿波纹，而在 Cassie 态中液体悬于波纹之上，其下 trapped 空气或蒸气。Cassie 态的超疏水性质被用于自清洁、药物递送等，而在 Wenzel 态中这些性质大多丧失；因此研究 Cassie-Wenzel 转变的动力学与机理具有基础和技术意义。在计算上，Cassie-Wenzel 转变常使用基于集体变量（CVs）的增强采样技术来研究。CVs 的选择是关键任务，因为它影响自由能剖面、自由能垒的估计以及过程机理的评估。此处我们研究用于 Cassie-Wenzel 转变研究的常用 CVs 所引入的可能模拟伪影：纹理表面波纹中的平均粒子密度，以及不同粗粒化层级上的粗粒化密度场。我们还研究可能与有限尺寸效应相关的其他伪影。我们聚焦于柱状表面。我们表明，使用柱间区域流体平均密度会给相对 Cassie-Wenzel 稳定性和转变垒带来严重伪影。对润湿机理及其能量学的恰当描述需要相当精细的密度场离散化。关于有限尺寸效应，我们发现 Cassie-Wenzel 转变中典型的、在周期边界条件下含单个柱子的系统，会阻止液-气弯液面在过程中平移对称性的破缺。
引用
@article{arxiv.1810.02104,
title = {Activated wetting of nanostructured surfaces: reaction coordinates, finite size effects, and simulation pitfalls},
author = {Matteo Amabili and Simone Meloni and Alberto Giacomello and Carlo Massimo Casciola},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.02104},
year = {2018}
}