Учёные впервые объяснили на уровне молекул почему вода скатывается с тефлона, но растекается по стеклу
Учёные из Института промышленной науки Токийского университета впервые выяснили, что происходит на молекулярном уровне, когда нанокапли воды взаимодействуют с поверхностями. Работа, опубликованная в журнале Nature Physics, объясняет происхождение линейного натяжения — силы, влияние которой становится заметным только для объектов нанометрового масштаба.
Поведение обычных капель хорошо известно: на гидрофобных поверхностях, таких как тефлон, вода собирается в шарики и легко скатывается, а на чистом стекле растекается тонкой плёнкой. Однако для нанокапель классическая теория не всегда работает. В частности, физики давно не могли понять, почему линейное натяжение при полном смачивании поверхности способно менять знак.
Для изучения этого явления учёные провели серию компьютерных экспериментов методом молекулярной динамики, проследив, как организуются молекулы воды во время растекания. Исследователи сравнили поведение капель на поверхностях с разной способностью к смачиванию и рассчитали величину линейного натяжения.
Исследователи из Института промышленных наук Токийского университета проводят компьютерные эксперименты, чтобы отследить, как нанокапли воды смачивают поверхности.Источник: Institute of Industrial Science, The University of Tokyo
Как пояснил ведущий автор работы Мохд Моид (Mohd Moid), в жидкой воде водородные связи формируют локальную тетраэдрическую структуру, в которой каждая молекула временно взаимодействует примерно с четырьмя соседями. Оказалось, что при полном смачивании эта структура разрушается вблизи границы капли, и именно это приводит к изменению знака линейного натяжения.
Дополнительные расчёты были выполнены для двухслойного льда на гидрофильной поверхности. Учёные обнаружили, что такой лёд не растекается, несмотря на химические свойства поверхности. Это означает, что локальная структура воды может оказывать более сильное влияние на поведение жидкости, чем сама химия материала.
Авторы работы считают, что внутреннее устройство жидкого слоя является одним из ключевых факторов, определяющих смачиваемость. Полученные результаты могут стать основой для новых подходов к управлению взаимодействием жидкостей с поверхностями в биологических системах, микроэлектронике и неорганических материалах.
© iXBT
