去湿过程中后退三相接触线的纳米尺度图景

摘要

三相接触线在多相系统中起着关键作用,几十年来源自不同学科背景的各种理论被相继提出以理解其基本物理图像.然而由于缺乏实验支持,争论持续发散.本文利用轻敲模式原子力显微镜(TM-AFM)测量非挥发性液体在低速下(＜50nm/s)去湿时后退接触线附近的纳米级液膜形貌.结果表明绝大多数液膜形貌具有很好的线性,也即微观接触角θm与宏观接触角相等.θm随着接触线后退速度增大而减小,从而证明在理论建模中广泛采用的恒定微观接触角的假设不正确,并且以此可解释以往实验中对应于宏观沉积膜(macroscopic deposition film)的临界速度降低的现象.进一步发现,接触线退却时会留下纳米级厚度的微观残留膜(microscopic residual film),且残留膜厚度随着接触线后退速度的增大而增大.由于残留膜改变了原有固体表面性质,因此去湿过程对应的系统不同于润湿过程,且存在一系列的亚稳态,由此形成宏观可见的接触角滞后现象.本文为接触线的全面认识铺平道路.