Onlangs, een groep onder leiding van Prof. Wu Heng'an en Prof. Wang Fengchao van de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) in samenwerking met Prof. Joel De Coninck van de Universiteit van Bergen heeft een theoretisch inzicht in capillaire krachten op de contactlijn en gevalideerde vergelijking van Young op basis van een mechanische interpretatie. De onderzoeksresultaten zijn online gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

in 1805, de Britse wetenschapper Thomas Young beschreef de kwantitatieve relatie tussen grensvlakspanning en contacthoek bij het bestuderen van bevochtigings- en capillaire verschijnselen. Al meer dan 200 jaar, Young's vergelijking is een van de meest fundamentele theorieën op het gebied van bevochtiging geworden. Het beschrijft de balans van drie grensvlakspanningen parallel aan het vast-vloeibaar grensvlak. Echter, onderzoekers hebben de interpretatie ervan als oppervlaktekrachten of oppervlakte-energieën betwist en zich ertoe verbonden de geldigheid ervan op nanoschaal te bewijzen.

Ondanks de opmerkelijke vooruitgang die de afgelopen jaren is geboekt, puzzels en uitdagingen blijven bestaan. Eerst, de capillaire kracht wordt niet weergegeven in de Young's vergelijking. Aanvullend, de vergelijking van Young kan niet direct in experimenten worden geverifieerd. Vergeleken met zijn thermodynamische afleiding, er zijn meer obstakels om de mechanische interpretatie van de vergelijking naar voren te brengen.

Het probleem oplossen, de groep van USTC stelde een theoretisch model voor om de capillaire kracht op de contactlijn te beschrijven.

De onderzoekers onderzochten de capillaire krachtbalans op een vloeistofhoek op atomaire schaal en beschouwden dit probleem met een vloeistof in coëxistentie met zijn dampfase. De analyse was gebaseerd op de ontleding van de vaste-vloeistof- en vaste-damp-grensvlakspanningen in drie termen, beide hebben een duidelijke fysieke betekenis. Het voorgestelde model wordt geverifieerd door moleculaire dynamische simulaties over een breed contacthoekbereik. Verschillen in capillaire krachten worden waargenomen bij verdampende druppels op homogene en gedecoreerde oppervlakken.

Door dezelfde aanpak te volgen, ze verifieerden ook Young's vergelijking op nanoschaal vanuit een oogpunt van mechanische interpretatie. Microscopische details over het mechanisme van bevochtiging en capillariteit. Deze resultaten bieden nieuw fysiek inzicht in de capillaire krachtbalans bij de contactlijn.

Deze studie biedt niet alleen nieuwe inzichten voor een diepgaand begrip van veel fenomenen van interface-bevochtiging, maar heeft ook een belangrijke wetenschappelijke betekenis in de toepassingsgebieden van micro-nano fluïdische chipontwerp en de verbetering van het herstel van reservoirs met lage permeabiliteit.