نوع مقاله : مقاله پژوهشی-مروری

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی مواد دانشگاه زنجان

2 پژوهشگاه مواد و انرژی

چکیده

مفهوم خط تماس سه فاز از مباحث نادیده‌گرفته شده در ترشوندگی معمول می‌باشد که امروزه محور مطالعات علمی فراوانی قرار گرفته است. در این مقاله، پس از ارائه تعریف خط تماس سه فاز و ذکر اهمیت آن در مطالعات ترشوندگی، مروری بر این مفهوم و روش‌های مشخصه‌یابی آن با فناوری‌های تجربی و محاسباتی ِدینامیک مولکولی انجام می‌شود. نخست، با کمک نظریه‌ی عمومی مویینگی مدل مطلوب یانگ اصلاح می‌شود و کشش خطی به عنوان متغیری فیزیکی به آن منصوب می‌گردد. از آنجا که مدل‌های مطلوب نمی‌توانند دقیقا علامت و اندازه‌ی کشش خطی را تعیین کنند، از تعریف سطوح واقعی و غیر مطلوب استفاده می‌شود. سپس، محدوده‌ی تاثیر خط تماس با کمک نتایج تحلیل ساختار لبه‌ی قطره با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی-محیطی بررسی می‌گردد. قانون قیاسی به دست آمده از روش اول مقدار توانی بزرگتر از 0.66 را نشان می‌دهد، اما همین عدد برای روش دوم با وضوح بالا همواره در حدود 0.62 بوده است. در مقابل، شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان داده‌اند که می‌توان به طور موضعی فاصله‌ی صفر پتانسیل لنارد-جونزی را به عنوان عرض موثر خط تماس در نظر آورد. در بخش پایانی، مهمترین برهمکنش خط تماس با محیط با عنوان پدیده‌ی گیرکردن مورد بحث قرار می‌گیرد. از دیدگاه تجربی، مشخصه‌یابی نیرویی پدیده‌ی گیرکردن با تمرکز بر روی نیروی چسبندگی انجام می-شود. اما در مقیاس نانو، به دلیل مقدار زیاد انرژی جنبشی در دسترس، این پدیده به عنوان کاهش شدید در سرعت جابه‌جایی لبه‌ی قطره تعریف می‌شود، که کاملا ا با دیدگاه ماکروسکوپی متفاوت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Triple-Phase Contact Line in Partial Wetting: Theories, Experimental Measurements, and Nanoscopic Approach

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Asjadi 1
  • Ismaeil Salahi 2
  • Farshad Esmaeilian 2

2 Material and Energy Research Center

چکیده [English]

One of the overlooked topics in classical wetting, which is the main subject of numerous recent researches, is the concept of the triple-phase contact line (TPCL). In this article, after defining the TPCL and emphasizing its significance in wetting studies, a review of this concept and its characterization methods using experimental techniques and molecular dynamics simulations are presented. First, the ideal Young’s model is revised based on the generalized theory of capillarity, and line tension, Γ, is assigned to TPCL as a defining physical parameter. Because ideal models cannot correctly determine the sign and value of Γ, real and non-ideal surfaces are used. Furthermore, the width of the TPCL is investigated by the obtained data from structural analysis of the droplet’s edge using optical and environmental-scanning electron microscopy. The corresponding scaling law from the former leads to a power greater than 0.66, whereas the latter high-resolution method results in a value of ~0.62. Conversely, MD simulations have illustrated that it is possible to locally use the minimum particle distance for the Lennard-Jones potential as the effective width of the TPCL. In the final section, the most important interaction of the TPCL with its vicinity, known as pinning, is discussed. From the experimental perspective, the focus is on the adhesion force measurements which results in the force-based characterization of the pinning phenomenon. However, on the nanoscale, due to the available kinetic energy, this phenomenon is defined as the drastic slow-down of the motion of the TPCL, directly contradicting the macroscopic view.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Partial Wetting
  • Triple-Phase Contact Line
  • Line Tension
  • Nano Drop
  • Pinning Force