Nanorough Surfacesの接触線の動き：熱的に活性化されたプロセス

ナノーフ表面上の固形液体接触線の動きを調査します。表面のナノデフェクトのサイズ、密度、形状はさまざまです。研究されたすべてのナノロフ基板上の3相接触線のダイナミクスは熱的に活性化されています。ただし、滑らかな表面上の液体蒸気界面の動きとは異なり、この熱活性化プロセスは、分子動態理論によって適切に記述されていません。実験から抽出された分子パラメーターは、ナノロフの表面では、接触線の動きが単に分子吸着吸着ステップで構成されていないことを示唆しています。表面のナノードフィクトでの熱的に活性化されたピンニングデパインイベントも重要です。接触線の動きを支配する際のこれら2つのメカニズムの相対的な重要性に対する表面ナノトポグラフィの効果を調査します。JoannyとDe Gennesのモデルに基づいたヒステリシスエネルギーの派生を使用して、湿潤活性化の自由エネルギーと接触線摩擦に対するナノトポグラフィの特徴の効果を評価します。我々の結果は、固形液体相互作用と表面ピン留め強度の両方が、三相接触線の動きを妨げるエネルギー障壁に寄与することを示唆しています。比較的低いナノードに最適な密度の場合、湿潤の活性化自由エネルギーは、表面の濡れ性と表面地形の寄与の合計として表現でき、したがって、接触線のダイナミクスと粗さパラメーターの間の直接的なリンクを提供します。

The motion of a solid-liquid-liquid contact line over nanorough surfaces is investigated. The surface nanodefects are varied in size, density, and shape. The dynamics of the three-phase contact line on all nanorough substrates studied is thermally activated. However, unlike the motion of a liquid-vapor interface over smooth surfaces, this thermally activated process is not adequately described by the molecular kinetic theory. The molecular parameters extracted from the experiments suggest that on the nanorough surfaces, the motion of the contact line is unlikely to simply consist of molecular adsorption-desorption steps. Thermally activated pinning-depinning events on the surface nanodefects are also important. We investigate the effect of surface nanotopography on the relative importance of these two mechanisms in governing contact line motion. Using a derivation for the hysteresis energy based on Joanny and de Gennes's model, we evaluate the effect of nanotopographical features on the wetting activation free energy and contact line friction. Our results suggest that both solid-liquid interactions and surface pinning strength contribute to the energy barriers hindering the three-phase contact line motion. For relatively low nanodefect densities, the activation free energy of wetting can be expressed as a sum of surface wettability and surface topography contributions, thus providing a direct link between contact line dynamics and roughness parameters.