Thickness of Nanoscale Poly(Dimethylsiloxane) Layers Determines the Motion of Sliding Water Drops

材料科学 聚二甲基硅氧烷 复合材料 下降(电信) 消散 动力摩擦 刷子 粘弹性 范德瓦尔斯力 纳米技术 物理 电信 化学 有机化学 分子 计算机科学 热力学
作者
Xiaoteng Zhou,Yongkang Wang,Xiaomei Li,Pranav Sudersan,Katrin Amann‐Winkel,Kaloian Koynov,Yuki Nagata,Rüdiger Berger,Hans‐Jürgen Butt
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (29): e2311470-e2311470 被引量:42
标识
DOI:10.1002/adma.202311470
摘要

Layers of nanometer thick polydimethylsiloxane (PDMS) are applied as hydrophobic coatings because of their environmentally friendly and chemically inert properties. In applications such as heat exchangers or fog harvesting, low water drop friction on surfaces is required. While the onset of motion (static friction) has been studied, the knowledge of dynamic friction needs to be improved. To minimize drop friction, it is essential to understand which processes lead to energy dissipation and cause dynamic friction? Here, the dynamic friction of drops on PDMS brushes of different thicknesses is measured, covering the whole available velocity regime. The brush thickness L turns out to be a predictor for drop friction. 4-5 nm thick PDMS brush shows the lowest dynamic friction. A certain minimal thickness is necessary to form homogeneous surfaces and reduce the attractive van der Waals interaction between water and the substrate. The increase in dynamic friction above L = 5 nm is also attributed to the increasing viscoelastic dissipation of the capillary ridge formed at the contact line. The height of the ridge is related to the brush thickness. Fluorescence correlation spectroscopy and atomic force measurements support this interpretation. Sum-frequency generation further indicates a maximum order at the PDMS-water interface at intermediate thickness.
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