Вплив нанотекстурування на змочування поверхні: метод молекулярної динаміки
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe65.9.817Ключові слова:
solid/fluid interface, wetting, nanostructured surface, molecular dynamicsАнотація
Робота присвячена дослiдженню рiвноважної форми нанокраплi, розташованої на твердiй наноструктурованiй пiдкладинцi, зокрема, було розглянуто випадок “цилiндричної краплi води” на кремнiєвiй пiдкладинцi. Було змодельовано декiлька варiантiв структурування поверхнi твердої пiдкладинки: атомiстично плоска пiдкладинка та пiдкладинка з упорядкованими наностовпчиками та нанопорами. Сили адгезiї мiж молекулами субстрату та рiдини були модифiкованi вiдповiдним чином для того, щоб варiювати змочуванiсть. У данiй роботi було розглянуто три конфiгурацiї змочування поверхнi: 1) гiдрофiльний (0 = 30∘), 2) гiдрофобний (0 = 136∘), та 3) промiжний режим (0 = 80∘). В подальшому залежнiсть кута змочування вiд функцiї стану поверхнi детально вивчалась для вищезгаданих конфiгурацiй.
Посилання
S.S. Latthe, R.S. Sutar, V.S. Kodag, A.K. Bhosale, A.M. Kumar, K.K. Sadasivuni, R. Xing, Sh. Liu. Self-cleaning superhydrophobic coatings: Potential industrial applications. Progress in Organic Coatings. 128, 52 (2019). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.12.008
E.A. Chinnov, E.N. Shatskiy, V.V. Semionov. Effect of thermocapillary instability on liquid film breakdown. Intern. J. Heat and Mass Transfer 145, 118692 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118692
N. Wu, L. Zeng, T. Fu, Z. Wang, C. Lu. Molecular dynamics study of rapid boiling of thin liquid water film on smooth copper surface under different wettability conditions. Intern. J. Heat and Mass Transfer 147, 118905 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118905
R. Liu, Z. Liu. Study of boiling heat transfer on concave hemispherical nanostructure surface with MD simulation. Intern. J. Heat and Mass Transfer 143, 118534 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118534
R. Diaz, Z. Guo. Molecular dynamics study of wettability and pitch effects on maximum critical heat flux in evaporation and pool boiling heat transfer. Numerical Heat Transfer; Part A: Applications. 72, 891 (2017). https://doi.org/10.1080/10407782.2017.1412710
X. Yin, C. Hu, M. Bai, J. Lv. Molecular dynamic simulation of rapid boiling of nanofluids on different wetting surfaces with depositional nanoparticles. Intern. J. Multiphase Flow 115, 9 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.03.022
V.B. Warshavsky, T.S. Podguzova, D.V. Tatyanenko, A.K. Shchekin. Vapor nucleation on a wettable nanoparticle carrying a non-central discrete electric charge. J. Chem. Phys. 138, 194708 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4804655
M. Barisik, A. Beskok. Wetting characterisation of silicon (1,0,0) surface. Molecular Simulation. 39, 700 (2015). https://doi.org/10.1080/08927022.2012.758854
M. Isaiev, S. Burian, L. Bulavin, M. Gradeck, F. Lemoine, K. Termentzidis. Efficient tuning of potential parameters for liquid-solid interactions. Molecular Simulation 42, 910 (2016) https://doi.org/10.1080/08927022.2015.1105372
H.G. Ozcelik, A.C. Ozdemir, B. Kim, M. Barisik. Wetting of single crystalline and amorphous silicon surfaces: effective range of intermolecular forces for wetting. Molecular Simulation 46, 224 (2020). https://doi.org/10.1080/08927022.2019.1690145
S. Burian, M. Isaiev, K. Termentzidis, V. Sysoev, L. Bulavin. Size dependence of the surface tension of a free surface of an isotropic fluid. Phys. Rev. E 95, 062801 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062801
S.S. Rekhviashvili, E.V. Kishtikova. On the size dependence of a contact angle. Protection of Metals and Phys. Chem. Surfaces 48, 402 (2012). https://doi.org/10.1134/S2070205112040156
S. Rekhviashvili, A. Sokurov. Modeling of a sessile droplet with the curvature dependence of surface tension. Turkish J. Phys. 42, 699 (2018). https://doi.org/10.3906/fiz-1807-26
M. Isaiev, S. Burian, L. Bulavin, W. Chaze, M. Gradeck, G. Castanet, S. Merabia, P. Keblinski, and K. Termentzidis. Gibbs adsorption impact on a nanodroplet shape: Modification of Young-Laplace equation. J. Phys. Chem. B 122, 3176 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.7b12358
D.V. Tatyanenko, A.K. Shchekin. Thermodynamic analysis of adsorption and line-tension contributions to contact angles of small sessile droplets. Colloid J. 81, 455 (2019). https://doi.org/10.1134/S1061933X19030153
T.A. Otitoju, A.L. Ahmad, B.S. Ooi. Superhydrophilic (superwetting) surfaces: A review on fabrication and application. J. Industrial and Engineering Chemistry 47, 19 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.12.016
M. Ma, R. M. Hill. Superhydrophobic surfaces. Current Opinion in Colloid and Interface Science 11, 193 (2016). https://doi.org/10.1016/j.cocis.2006.06.002
J. Wloch, A.P. Terzyk, P.A. Gauden, R. Wesolowski, P. Kowalczyk. Water nanodroplet on a graphene surface - a new old system. J. Phys.: Cond. Matter. 28, 495002 (2016). https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/49/495002
L. Chen, Sh.-Y.Wang, X. Xiang, W.-Q. Tao. Mechanism of surface nanostructure changing wettability: A molecular-dynamics simulation. Comput. Mater. Sci. 171, 1092233 (2020). https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109223
J. Wu, I. Snustad, A. Ervik, A. Brunsvold, J. He, Zh. Zhang. CO2 wetting on pillar-nanostructured substrates. Nanotechnology 1, 1 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab7c49
S. Khan, J.K. Singh. Wetting transition of nanodroplets of water on textured surfaces: a molecular dynamics study. Molecular Simulation 40, 458 (2014). https://doi.org/10.1080/08927022.2013.819578
M. Isaiev, G. Castanet, M. Gradeck, F. Lemoine, K. Termentzidis. Microscopic study of solid/fluid interface with molecular dynamics. Modern Problems of the Physics of Liquid Systems, Springer Proceedings in Physics 223, 73 (2019). https://doi.org/10.1007/978-3-030-21755-6_3
K.R. Hadley, C. McCabe. Coarse-grained molecular models of water: A review. Molecular Simulation 38, 671 (2012). https://doi.org/10.1080/08927022.2012.671942
M. Orsi, J.W. Essex. The ELBA force field for coarse-grain modeling of lipid membranes. PLoS ONE 6, e28637 (2011). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0028637
W. Ding, M. Palaiokostas, M. Orsi. Stress testing the ELBA water model. Molecular Simulation 42, 337 (2016). https://doi.org/10.1080/08927022.2015.1047367
F.H. Stillinger, T.A. Weber. Computer simulation of local order in con- densed phases of silicon. Phys. Rev. B 31, 5262 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.31.5262
S. Plimpton. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics. J. Comp. Phys. 117, 1 (1995). https://doi.org/10.1006/jcph.1995.1039
P. Bryk, E. Korczeniewski, G.S. Szyma'nski, P. Kowalczyk, K. Terpilowski, A. Terzyk. What is the value of water contact angle on silicon? Materials 38, 13 (2020). https://doi.org/10.3390/ma13071554
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
