Гистерезис краевого угла на твердых кристаллических поверхностях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены экспериментальные результаты по изучению гистерезиса углов смачивания водой кристаллических поверхностей. Были исследованы отступающие и наступающие краевые углы и их гистерезис на гидрофильных и гидрофобных подложках с разной поверхностной структурой – оксида кремния, слюды, и кальцита при воздействии внешнего давления на линию трехфазного контакта сидящего воздушного пузырька. На гидрофобизованных образцах оксида кремния и слюды наблюдался эффект гистерезиса краевых углов. Появление закрепления линии трехфазного контакта (пиннинга), способствовало изменению углов смачивания при приложении внешнего давления. На гидрофильных поверхностях оксида кремния и слюды при перемещении линии трехфазного контакта, заметного изменения наступающих и отступающих контактных углов не происходило и эффект гистерезиса практически отсутствовал. Устойчивый пиннинг, наблюдаемый на полированной поверхности кристалла кальцита при контакте с водой, приводил к появлению гистерезиса угла смачивания и гидрофилизации поверхности кальцита, связанной со структурными смещениями в решетке кристалла.

Об авторах

Н. Е. Есипова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: nesipova@mail.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский просп. 31, корп. 4

С. В. Ицков

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: nesipova@mail.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский просп. 31, корп. 4

В. Д. Соболев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nesipova@mail.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский просп. 31, корп. 4

Список литературы

  1. de Gennes P.G. Wetting: static and dynamics // Reviews of Modern Physics. 1985. V. 57. № 3. Part 1. P. 827–863.
  2. Eral H.B., Mannetje D.J.C.M., Oh J.M. Contact angle hysteresis: a review of fundamentals and applications // Colloid Polym. Sci. 2012. V. 291. P. 247–260.
  3. Tadmor R., Bahadur P., Leh A., N’guessan H.E., Jaini R., Dang L. Measurement of lateral adhesion forces at the interface between a liquid drop and a substrate // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103. № 26. P. 266101.
  4. Pierce E., Carmona F.J., Amirfazli A. Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments // Colloid Surf. A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2008. V. 323. № 1–3. P. 73–82.
  5. Bourges-Monnier C., Shanahan M.E.R. Influence of evaporation on contact angle // Langmuir. 1995. V. 11. № 7. P. 2820–2829.
  6. Erbil H.Y., McHale G., Rowan S.M., Newton M.I. Determination of the receding contact angle of sessile drops on polymer surfaces by evaporation // Langmuir. 1999. V. 15. № 21. P. 7378–7385.
  7. Bormashenko E., Bormashenko Y., Whyman G., Pogreb R., Musin A., Jager R., Barkay Z. Contact angle hysteresis on polymer substrates established with various experimental techniques, its interpretation, and quantitative characterization // Langmuir. 2008. V. 24. № 8. P. 4020–4025.
  8. Andrieu C., Sykes C., Brochard F. Average spreading parameter on heterogeneous surfaces // Langmuir. 1994. V. 10. № 7. P. 2077–2080.
  9. Wang Y., Bhushan B. Liquid microdroplet sliding on hydrophobic surfaces in the presence of an electric field // Langmuir. 2009. V. 25. № 16. P. 9208–9218.
  10. Bonn D., Eggers J., Indekeu J., Meunier J., Rolley E. Wetting and spreading // Rev. Mod. Phys. 2009. V. 81. № 2. P. 739.
  11. Rayleigh L. On the capillary phenomena of jets // Proceedings of the Royal Society of London. 1879. V. 29. P. 71–97.
  12. Starov V.M., Velarde M.G. Surface forces and wetting phenomena // J. Phys. Condens. Matter. 2009. V. 21. № 46. P. 464121.
  13. Kuchin I., Starov V. Hysteresis of contact angle of sessile droplets on smooth homogeneous solid substrates via disjoining/conjoining pressure // Langmuir. 2015. V. 31. P. 5345–5352.
  14. Kuchin I., Starov V. Hysteresis of the contact angle of a meniscus inside a capillary with smooth, homogeneous solid walls // Langmuir. 2016. V. 32. P. 5333−5340.
  15. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.
  16. Chibowski E., Jurak M. Comparison of contact angle hysteresis of different probe liquids on the same solid surface // Colloid. Polym. Sci. 2013. V. 291. № 2. P. 391–399.
  17. Fernández-Toledano J.-C., Rigaut C., Mastrangeli M., De Coninck J. Controlling the pinning time of a receding contact line under forced wetting conditions // J. Colloid Interface Sci. 2020. V. 565. P. 449–457.
  18. Liu Y., Wang J., Zhang X., Wang W. Contact line pinning and the relationship between nanobubbles and substrates // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. P. 054705.
  19. Liu Y., Bernard S., Widmer-Cooper A. Stability of pinned surface nanobubbles against expansion: insights from theory and simulation // J. Chem. Phys. 2020. V. 153. № 2. P. 024704.
  20. Кучма А.Е., Есипова Н.Е., Михеев А.А., Щёкин А.К., Ицков С.В. Влияние неидеальности раствора в сидячей бинарной капле на динамику ее испарения // Коллоид. журн. 2019. Т. 81. № 6. С. 724–733.
  21. Русанов А.И., Есипова Н.Е., Соболев В.Д. Температурный пиннинг сидящего пузырька // ДАН. Химия, науки о материалах. 2020. Т. 491. С. 69–72.
  22. Kusudo H., Omori T., Yamaguchi Y. Extraction of the equilibrium pinning force on a contact line exerted from a wettability boundary of a solid surface through the connection between mechanical and thermodynamic routes // J. Chem. Phys. 2019. V. 151. № 15. P. 154501.
  23. Сумм Б.Д. Гистерезис смачивания. Соровский образовательный журнал. 1999. № 7. С. 98–102.
  24. McHale G., Orme B.V., Wells G., Ledesma-Aguilar R. Apparent contact angles on lubricant impregnated surfaces/SLIPS: from superhydrophobicity to electrowetting // Langmuir. 2019. V. 35. P. 4107–4204.
  25. Есипова Н.Е., Ицков С.В. Кинетика роста воздушных пузырьков на кремниевой подложке в спиртовой и водно-спиртовой средах // Коллоид. журн. 2021. Т. 83. № 4. C. 404–411.
  26. Kuzina E.A., Emelyanenko K.A., Domantovskii A.G. et al. Preparation of stable superhydrophobic coatings on a paint surface with the use of laser treatment followed by hydrophobizer deposition // Colloid J. 2022. V. 84. P. 445–455.
  27. Есипова Н.Е., Русанов А.И., Соболев В.Д., Ицков С.В. Влияние гидростатического давления на краевой угол сидящего пузырька // Коллоид. журн. 2019. Т. 81. № 5. С. 1–8.
  28. Makkonen L. A thermodynamic model of contact angle hysteresis // The Journal of Chemical Physics. 2017. V. 147. P. 064703.
  29. Quere D. Wetting and Roughness // Annu. Rev. Mater. Res. 2008. V. 38. P. 71–99.
  30. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.
  31. Songen H., Schlegel S.J., Jaques Y.M., Tracey J., Hosseinpour S. et al. Water orientation at the calcite–water interface // J. Phys. Chem. Lett. 2021. V. 12. P. 7605−7611.
  32. Cooke D.J., Gray R.J., Sand K.K, Stipp S.L.S., Elliott J.A. Interaction of ethanol and water with the {101̅4} surface of calcite // Langmuir. 2010. V. 26. № 18. P. 14520–14529.
  33. Li H., Vovusha H., Sharma S., Singh N., Schwingenschlog U. Mechanism of wettability alteration of the calcite {1014} surface // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 15365.
  34. Fenter P., Sturchio N.C. Calcite (104)–water interface structure, revisited // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2012. V. 97. P. 58–69.

© Н.Е. Есипова, С.В. Ицков, В.Д. Соболев, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».