纳米结构及浸润性对液滴润湿行为的影响

摘要

液滴在纳米结构表面的润湿模式研究(Dewetting,Cassie,Partial Wenzel及Wenzel)对强化冷凝、表面自清洁、油水分离等具有重要意义,现有文献主要研究了液滴在微柱阵列纳米结构表面的润湿行为.本文采用分子动力学模拟,研究了纳米结构倾角及表面浸润性对氩液滴在铂固体壁面上润湿模式及其相互转换的影响,采用了三种纳米结构,其倾角分别为60°(倒梯形)、90°(长方形)及120°(正梯形);以本征接触角θe表征表面浸润性.研究表明,当θe<118°时,液滴在纳米结构表面均呈Wenzel状态,即液体向纳米结构缝隙完全渗透;当118°<θe<145°时,倒梯形纳米结构有助于液滴保持Cassie状态,即液体不向纳米结构缝隙渗透,正梯形纳米结构容易使液滴形成Partial Wenzel状态,即液体向纳米结构缝隙部分渗透.分析表明,三种纳米结构倾角对液滴润湿模式的影响及转换满足自由能最小原理.本文工作揭示出采用倒置纳米结构,可使液滴更好维持Cassie模式.