in 1805, Thomas Young bestudeerde het mechanische evenwicht bij de vaste/vloeistof/gas driefasige contactlijn (de balans van krachten die inwerken op de contactlijn gevormd door de kruising van het vloeistof-gasgrensvlak en het vaste oppervlak), en introduceerde het macroscopische concept van "contacthoek" en Young's vergelijking. Op basis van de aannames van een isotroop, homogeen en glad oppervlak, De vergelijking van Young geeft de relatie tussen de intrinsieke contacthoek van het vaste oppervlak en de vrije grensvlakenergie bij de vaste/vloeistof/gas driefasencontactlijn.

Echter, het is in werkelijkheid moeilijk om zo'n perfect oppervlak te verkrijgen, en oppervlakken zijn meestal heterogeen. Hoewel het macroscopische oppervlak glad is, het microscopische oppervlak heeft de neiging chaotisch te zijn. De op deze manier verkregen contacthoek kan niet de intrinsieke contacthoek worden genoemd.

Om de intrinsieke bevochtigbaarheid van materialen te onderzoeken, het team van prof. Xiaolin Wang van de Universiteit van Wollongong en prof. Lei Jiang en prof. Tian Ye van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben gezamenlijk het bevochtigingsgedrag van verschillende kristalvlakken van saffier (α-Al ₂ O ₃ ) eenkristallen. Gerelateerde resultaten werden gepubliceerd in de Nationale wetenschappelijke beoordeling (NSR) met de titel "Crystal Face Dependent Intrinsic Bevochtigbaarheid van metaaloxide-oppervlakken."

Het oppervlak van aluminiumoxide is hydrofiel, en de contacthoek van het polykristallijne oppervlak van aluminiumoxide is ongeveer 10 graden. Tijdens het experiment, onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat de intrinsieke contacthoeken van alle vier α-Al ₂ O ₃ enkele kristallen met verschillende kristalvlakken zijn veel groter dan 10 graden, en de contacthoek van het (1-102) kristalvlak is zeer dicht bij 90 graden. De vorige studie in onze groep had bewezen dat de intrinsieke hydrofiele en hydrofobe grens van het oppervlaktemateriaal ongeveer 65 graden is, dus het (1-102) kristaloppervlak is hydrofoob.

Door DFT-simulatie van de structuren van de geadsorbeerde grensvlakwatermoleculen op verschillende kristalvlakken, bleek dat vergeleken met hydrofiel (11-20), (10-10) en (0001) kristalvlakken, de geadsorbeerde watermoleculen op het (1-102) kristalvlak bevinden zich in een staande toestand; dat is, de waterstofatomen van het hydrofobe kristalvlak bevinden zich op het hoogste punt van de eerste laag geadsorbeerd water. Daarom, watermoleculen uit waterdruppels op de driefasige contactlijn kunnen slechts één waterstofbinding vormen met één waterstofatoom. Omdat één waterstofbruginteractie relatief zwak is en de driefasencontactlijn gemakkelijk verankerd kan worden. Maar op de hydrofiele kristalvlakken, de zuurstofatomen van het geadsorbeerde grensvlakwatermolecuul bevinden zich op het hoogste punt. In dit geval, er zijn twee eenzame elektronenparen van één zuurstofatoom om twee waterstofbindingsinteracties te vormen met watermoleculen van waterdruppels op de driefasige contactlijn. Vandaar, de drielijnige rijlijn is gemakkelijker te spreiden.

Dit werk ging uit van het vlakke aluminiumoxide-kristalinterface op atomair niveau en bewees dat de oriëntatie van geadsorbeerde grensvlakwatermoleculen een enorme impact heeft op de macroscopische bevochtigbaarheid van vaste oppervlakken met een vergelijkbare chemische samenstelling (aluminium en zuurstof) en bijna geen topografische structuur (atomair vlakke ). Dit werk richt zich op de studie van intrinsieke bevochtigbaarheid van het vaste grensvlak, die inspiratie kunnen bieden om de katalytische efficiëntie te verbeteren, uitstekende functionele materialen voorbereiden, en de prestaties van composietapparaten verbeteren.