理想本征到实际结构:浸润过程气液固三相接触线上介观研究新思路

摘要

由于因素众多且缺乏介观理解,固体表面上的部分浸润研究长期存在争议.针对其中最重要的两个基本问题即动态接触角以及接触角滞后,本工作提供一个新的研究思路,即首先研究理想的绝对平滑表面的本征规律,然后在本征规律基础上通过增加实际表面粗糙结构影响来实现对实际过程的刻画.具体的,通过分子动力学方法构建出理想的绝对平滑的固体表面,使其具有与实际表面相同的液-固相互作用.研究液滴在该理想表面上的动态过程以及接触角滞后并与实际表面进行对比.结果证实固体表面上即使原子级的粗糙元会也导致接触线局部摩擦,该局部摩擦使得接触线区域产生与之前实验结果一致的纳米级凸起.该纳米凸起成为分子层面与宏观层面的关键介观连结.类似的,对比理想与实际表面发现,即使原子级平滑的固体表面,也将不可避免的出现接触角滞后现象.以上结果说明实际固体表面的物理结构即使原子级平滑也会对浸润过程造成决定性影响.不存在所谓"光滑"的实际表面.