Can One Predict a Drop Contact Angle?

材料科学 最大值和最小值 润湿转变 磁滞 表面能 下降(电信) 表面粗糙度 工作(物理) 表面光洁度 蒙特卡罗方法 曲面(拓扑) 跌落冲击 润湿 液滴 接触角 坐滴法 机械 复合材料 化学物理 凝聚态物理 热力学 几何学 机械工程 物理 数学分析 工程类 统计 数学
作者
Marion Lucia Silvestrini,Antonio Tinti,Alberto Giacomello,Carolina Brito
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:8 (21) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/admi.202101005
摘要

Abstract The study of wetting phenomena is of great interest due to the multifaceted technological applications of hydrophobic and hydrophilic surfaces. The theoretical approaches proposed by Wenzel and later by Cassie and Baxter to describe the behavior of a droplet of water on a rough solid are extensively used and continuously updated to characterize the apparent contact angle of a droplet. However, the equilibrium hypothesis implied in these models means that they are not always predictive of experimental contact angles due to the strong metastabilities typically occurring in the wetting of heterogeneous surfaces. A predictive scheme for contact angles is thus urgently needed both to characterize a surface by contact angle measurements and to design super‐hydrophobic and ‐oleophobic surfaces with the desired properties, for example, contact angle hysteresis. In this work, a combination of Monte Carlo simulation and the string method is employed to calculate the free energy profile of a liquid droplet deposited on a pillared surface. For the analyzed surfaces, it is shown that there is only one minimum of the free energy that corresponds to the superhydrophobic wetting state while the wet state can present multiple minima. Furthermore, when the surface roughness decreases the amount of local minima observed in the free energy profile increases. The presented approach clarifies the origin of contact angle hysteresis providing quantitative tools for understanding and controlling wetting at structured surfaces.
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