Sub-ambient water wettability of hydrophilic and hydrophobic SiO2 surfaces

接触角 润湿 氢键 材料科学 化学物理 固体表面 化学工程 分子动力学 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 计算化学 分子 工程类
作者
J.F Liu,Haishan Cao
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (18) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0236994
摘要

The wettability of SiO2 surfaces, crucial for understanding the phase transition processes of water, remains a topic of significant controversy in the literature due to uncertainties in experiments. Molecular dynamics (MD) simulations offer a promising avenue for elucidating these complexities, yet studies specifically addressing water contact angles on hydrophilic and hydrophobic SiO2 surfaces at sub-ambient temperatures are notably absent. In this study, we experimentally measured water contact angles of hydrophilic and hydrophobic SiO2 surfaces at ambient temperature and employed MD to investigate water contact angles on Q3, Q3/Q4, and Q4 SiO2 surfaces across temperatures ranging from 220 to 300 K. We investigated the effects of the distribution of hydroxyl groups, droplet size, and hydroxyl density and found that the hydroxyl density had the largest impact on contact angle. Moreover, hydrogen bond analysis uncovered enhanced water affinities of Q3 and Q3/Q4 SiO2 surfaces at lower temperatures, and the spreading rate of precursor films reduced with decreasing temperature. This comprehensive study sheds light on the intricate interaction between surface properties and water behavior, promoting our understanding of the wettability of SiO2 surfaces.
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