Forscher schlagen theoretisches Modell zur Beschreibung des Kapillarkraftgleichgewichts an der Kontaktlinie vor

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Kürzlich hat eine Gruppe unter der Leitung von Prof.

Wu Heng’an und Prof.

Wang Fengchao von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) in Zusammenarbeit mit Prof.

Joel De Coninck von der Universität Mons einen theoretischen Einblick in die Kapillarkräfte an der Kontaktlinie gegeben und die Young’sche Gleichung auf der Grundlage einer mechanischen Interpretation validiert.

Die Forschungsergebnisse wurden online in Physical Review Letters veröffentlicht.1805 beschrieb der britische Wissenschaftler Thomas Young bei der Untersuchung von Benetzungs- und Kapillarphänomenen die quantitative Beziehung zwischen Grenzflächenspannung und Kontaktwinkel.

Seit mehr als 200 Jahren hat sich die Young’sche Gleichung zu einer der grundlegendsten Theorien auf dem Gebiet der Benetzung entwickelt.

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Es beschreibt das Gleichgewicht von drei Grenzflächenspannungen parallel zur Fest-Flüssig-Grenzfläche.

Forscher haben jedoch seine Interpretation als Oberflächenkräfte oder Oberflächenenergien bestritten und sich verpflichtet, seine Gültigkeit auf der Nanoskala zu beweisen.Trotz der bemerkenswerten Fortschritte, die in den vergangenen Jahren erzielt wurden, gibt es immer noch Rätsel und Herausforderungen.

Erstens wird die Kapillarkraft in der Young’schen Gleichung nicht dargestellt.

Zudem lässt sich die Young’sche Gleichung in Experimenten nicht direkt verifizieren.

Verglichen mit ihrer thermodynamischen Ableitung gibt es mehr Hindernisse, um die mechanische Interpretation der Gleichung vorzubringen.

Um das Problem zu lösen, schlug die Gruppe vom USTC ein theoretisches Modell zur Beschreibung der Kapillarkraft an der Kontaktlinie vor.Die Forscher untersuchten das kapillare Kräftegleichgewicht an einer Flüssigkeitsecke auf atomarer Skala und betrachteten dieses Problem mit einer Flüssigkeit in Koexistenz mit ihrer Dampfphase.

Die Analyse basierte auf der Zerlegung der Fest-Flüssig- und Fest-Dampf-Grenzflächenspannungen in drei Begriffe, von denen jeder eine klare physikalische Bedeutung hat.

Das vorgeschlagene Modell wird durch molekulardynamische Simulationen über einen weiten Kontaktwinkelbereich verifiziert.

Unterschiede in den Kapillarkräften werden bei verdampfenden Tröpfchen auf homogene….

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