Effect of Surface Energy on Freezing Temperature of Water

材料科学 接触角 体积热力学 结冰 表面能 表面粗糙度 润湿 纳米技术 复合材料 热力学 气象学 物理
作者
Yu Zhang,Emmanuel Anim-Danso,Selemon Bekele,Ali Dhinojwala
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (27): 17583-17590 被引量:65
标识
DOI:10.1021/acsami.6b02094
摘要

Previous studies have found that superhydrophobic surfaces are effective in delaying freezing of water droplets. However, the freezing process of water droplets on superhydrophobic surfaces depends on factors such as droplet size, surface area, roughness, and cooling rate. The role of surface energy, independent of any other parameters, in delaying freezing of water is not understood. Here, we have used infrared-visible sum frequency generation spectroscopy (SFG) to study the freezing of water next to solid substrates with water contact angles varying from 5° to 110°. We find that the freezing temperature of water decreases with increasing surface hydrophobicity only when the sample volume is small (∼10 μL). For a larger volume of water (∼300 μL), the freezing temperature is independent of surface energy. For water next to the surfaces with contact angle ≥54°, we observe a strong SFG peak associated with highly coordinated water. This research sheds new light on understanding the key factors in designing new anti-icing coatings.
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