(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Virginia Commonwealth University hebben de moleculaire mechanismen geïdentificeerd die spelen voor de niet-additief bevochtigende vrije energieën op chemisch heterogene oppervlakken.

Over disciplines heen, onderzoekers hebben zich lang afgevraagd hoe hydrofobiciteit het beste kan worden voorspeld - dat wil zeggen, de weerstand van een molecuul tegen bevochtiging - van een gemengd oppervlak vanuit de kennis van zijn zuivere bestanddelen. Deze bevindingen geven inzicht in dat fundamentele fysieke fenomeen en kunnen worden gebruikt om de energiekosten te voorspellen en te begrijpen om een ​​oppervlak nat te maken, die kunnen worden toegepast op nanochemie, materiaalkunde en biofysica. De studie werd gepubliceerd in het nummer van 1 april van de Proceedings van de National Academy of Sciences .

“De werkadressen, via simulaties op moleculair niveau, een routinekenmerk van macroscopische oppervlaktemetingen die dagelijks in experimentele laboratoria worden gedaan en laat zien dat de waargenomen resultaten vrij eenvoudig kunnen worden geïnterpreteerd wanneer de moleculaire schaalkenmerken van oppervlaktetopografie, en een beetje chemie, worden beschouwd, ” zei hoofdonderzoeker Alenka Luzar, doctoraat, een professor in de VCU afdeling Chemie.

Volgens Luzar, het begrijpen van de bevochtiging van oppervlakken met nanopatronen op moleculair niveau is belangrijk voor alledaagse toepassingen in de materiaalkunde, bijvoorbeeld, inkjet printen, en biologie in eiwithydratatie.

"Oplosmiddeltoegang tot verschillende oppervlakte-ingrediënten, naast de chemische samenstelling, is de sleutel tot de bevochtigbaarheid van een heterogeen materiaal. Dit idee kan leiden tot computerondersteund ontwerp van verbeterde materialen en helpt de oplosbaarheid en functie van biomoleculen in een waterige oplossing te verklaren, ' zei ze.

Het team toonde niet-additiviteit van de cosinus van contacthoek aan, of de adhesie-energie, op de fractie van hydrofobe/hydrofiele chemie door contacthoeken van nanodruppels op modeloppervlakken te meten. Ze vonden deze afwijkingen positief, wat betekent dat het oppervlak bij een bepaalde fractie meer hydrofiel is dan eerder werd voorspeld door lineaire verwachting, of negatief, wat betekent dat het oppervlak meer hydrofoob is dan eerder werd voorspeld. Luzar zei dat de bron van deze effecten kan worden herleid tot grootte-asymmetrie van verschillende oppervlaktefunctionaliteiten, omdat de meer prominente groepen de kleinere verbergen.