重入表面的润湿性：一种全局能量方法

在这项工作中，我们考虑液滴置于基底上时两种可能的润湿状态：液滴驻留在粗糙沟槽顶部的 Cassie-Baxter（CB）状态的 Fakir 构型，以及以表面均匀润湿为特征的 Wenzel（W）状态。我们将基于两种状态的全局界面能量的理论模型推广，以研究简单与双重重入表面的润湿行为。由于与每种润湿状态相关的能量最小化，我们预测了给定表面上液滴的热力学润湿状态并获得了其接触角 ${\theta}_C$。我们首先使用该模型寻找最能增强 ${\theta}_C$ 的柱状、简单和双重重入表面的几何形状，并得出结论：这些表面的排斥行为由重入的高度与宽度之间的关系支配。我们将结果与近期实验进行比较，并讨论该热力学方法的局限性。为解决这些局限性之一，我们实现了三维元胞 Potts 模型的蒙特卡洛模拟，使我们能够研究润湿状态对液滴初始状态的依赖性。我们发现当液滴初始化为 CB 状态时，它陷入局部极小值并保持在排斥行为，无论理论预测如何。当初始状态为 W 时，模拟显示与柱状表面的理论吻合良好，但对于重入表面仅在少数情况下吻合：对于大多数模拟几何，模拟中液滴达到的接触角高于模型预测的 ${\theta}_C$。此外，我们发现模拟液滴置于重入表面上的接触角高于具有相同高度、宽度和柱间距的柱状表面。