基于能量耗散预测随机与周期分布圆柱柱体表面的接触角滞后
流体动力学
2023-08-11 v1
摘要
假设：理解粗糙表面的接触角滞后十分重要，因为大多数工业相关和天然存在的表面都具有某种形式的随机或结构化粗糙度。我们假设滞后源于接触线在黏滑运动过程中的能量耗散，且这种能量耗散是建立滞后预测方程的关键。实验：我们测量了空气中对于多种不同液体、具有随机分布和周期性排列的微观圆柱柱体表面的滞后现象。所测试的本征（平面）接触角范围从亲液（θ_e=33.8°）到疏液（θ_e=112.0°）。发现：提出了一种计算随机表面上平均前进与后退接触角的新方法。此外，推导了粗糙度诱导能量耗散的关联式，并给出了随机表面均匀（Wenzel）润湿过程中前进与后退接触角的预测方程。重要的是，还推导了预测半芯吸、分裂前进、分裂后退和非均匀（Cassie）润湿等交替润湿条件起始的方程，从而界定了所推导均匀润湿方程的有效范围。引入了一种新颖的“簇”特征概念，用以解释实验观察到的结构化表面相比随机表面表现出可测量更高滞后的现象。
引用
@article{arxiv.2308.05135,
title = {Predicting Contact Angle Hysteresis on Surfaces with Randomly and Periodically Distributed Cylindrical Pillars via Energy Dissipation},
author = {Pawan Kumar and Paul Mulvaney and Dalton J. E. Harvie},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.05135},
year = {2023}
}
备注
20 pages, 11 figures in the main paper and 17 pages, 12 figures in the supplementary material. Submitted to the Journal of Colloid and Interface Science