CONTACT ANGLE HYSTERESIS ON SOLID CRYSTALLINE SURFACES

N. E. ESIPOVA; Есипова Н. Е.; S. V. ITSKOV; Ицков С. В.; V. D. SOBOLEV; Соболев В. Д.

doi:10.31857/S0023291222600602

Гистерезис краевого угла на твердых кристаллических поверхностях

Авторы: Есипова Н.Е.¹, Ицков С.В.¹, Соболев В.Д.¹
Учреждения:
1. Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Выпуск: Том 85, № 2 (2023)
Страницы: 158-166
Раздел: Статьи
Статья получена: 16.10.2023
Статья опубликована: 01.03.2023
URL: https://journal-vniispk.ru/0023-2912/article/view/137204
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291222600602
EDN: https://elibrary.ru/UTLOHF
ID: 137204

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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.

Список литературы

de Gennes P.G. Wetting: static and dynamics // Reviews of Modern Physics. 1985. V. 57. № 3. Part 1. P. 827–863.
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.
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.
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.
Bourges-Monnier C., Shanahan M.E.R. Influence of evaporation on contact angle // Langmuir. 1995. V. 11. № 7. P. 2820–2829.
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.
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.
Andrieu C., Sykes C., Brochard F. Average spreading parameter on heterogeneous surfaces // Langmuir. 1994. V. 10. № 7. P. 2077–2080.
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.
Bonn D., Eggers J., Indekeu J., Meunier J., Rolley E. Wetting and spreading // Rev. Mod. Phys. 2009. V. 81. № 2. P. 739.
Rayleigh L. On the capillary phenomena of jets // Proceedings of the Royal Society of London. 1879. V. 29. P. 71–97.
Starov V.M., Velarde M.G. Surface forces and wetting phenomena // J. Phys. Condens. Matter. 2009. V. 21. № 46. P. 464121.
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.
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.
Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.
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.
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.
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.
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.
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.
Русанов А.И., Есипова Н.Е., Соболев В.Д. Температурный пиннинг сидящего пузырька // ДАН. Химия, науки о материалах. 2020. Т. 491. С. 69–72.
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.
Сумм Б.Д. Гистерезис смачивания. Соровский образовательный журнал. 1999. № 7. С. 98–102.
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.
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.
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.
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.
Makkonen L. A thermodynamic model of contact angle hysteresis // The Journal of Chemical Physics. 2017. V. 147. P. 064703.
Quere D. Wetting and Roughness // Annu. Rev. Mater. Res. 2008. V. 38. P. 71–99.
Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.
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.
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.
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.
Fenter P., Sturchio N.C. Calcite (104)–water interface structure, revisited // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2012. V. 97. P. 58–69.