Exploring wetting dynamics of water nanodroplet on nano-textured surfaces: atomistic insights - Université Jean-Monnet-Saint-Étienne Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2024

Exploring wetting dynamics of water nanodroplet on nano-textured surfaces: atomistic insights

Exploration de la dynamique de mouillage d'une nanogoutte d'eau sur des surfaces nano-texturées : perspectives atomistiques

Résumé

The static and dynamic wetting behaviors of a water nanodroplet are investigated on flat and structured titanium (Ti) surfaces by using a fully atomistic simulation. Firstly, the results obtained for a water nanodroplet on a flat Ti surface agree with the static contact angle reported in the literature. Furthermore, to unveil the mechanisms of the water nanodroplet behavior on nano-textured surfaces, we analyze the impact of the roughness factors, the structure period, and sizes compared to the nanodroplet diameter. The introduction of the surface roughness produces an inhomogeneous spreading of the nanodroplet. The degree of roughness and the specific dimensions of the surface grooves determine these wetting processes. Surfaces with larger grooves and spacing tend to support more extensive spreading, while those with narrower grooves and higher roughness limit spreading. The obtained results also demonstrate damping in droplet vibrations accompanied by a gradual decrease in the dynamic contact angle of water nanodroplets on both flat and rough Ti surfaces, indicating a transition to a hydrophobic state. This effect is caused by the atomic bonding of water atoms to the surface ones and is shown to strongly depend on the surface roughness factors. The simulation results provide atomic level insights into the wetting mechanisms on surfaces featuring nanometric and sub-micrometric roughness, typically induced by femtosecond laser processing.
Les comportements de mouillage statique et dynamique d'une nanogoutte d'eau sont étudiés sur des surfaces de titane (Ti) plates et structurées en utilisant une simulation entièrement atomistique. Tout d'abord, les résultats obtenus pour une nanogoutte d'eau sur une surface plate de Ti concordent avec l'angle de contact statique rapporté dans la littérature. De plus, afin de révéler les mécanismes du comportement de la nanogoutte d'eau sur des surfaces nano-texturées, nous analysons l'impact des facteurs de rugosité, de la période de la structure et des dimensions comparées au diamètre de la nanogoutte. L'introduction de la rugosité de la surface entraîne une répartition inhomogène de la nanogoutte. Le degré de rugosité et les dimensions spécifiques des rainures de la surface déterminent ces processus de mouillage. Les surfaces avec des rainures et des espacements plus larges tendent à favoriser une diffusion plus étendue, tandis que celles avec des rainures plus étroites et une rugosité plus élevée limitent la diffusion. Les résultats obtenus montrent également une atténuation des vibrations de la gouttelette accompagnée d'une diminution progressive de l'angle de contact dynamique des nanogouttes d'eau sur les surfaces de Ti plates et rugueuses, indiquant une transition vers un état hydrophobe. Cet effet est causé par la liaison atomique des atomes d'eau avec ceux de la surface et dépend fortement des facteurs de rugosité de la surface. Les résultats de la simulation fournissent des perspectives au niveau atomique sur les mécanismes de mouillage sur des surfaces présentant une rugosité nanométrique et submicrométrique, typiquement induite par le traitement au laser femtoseconde.
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

ujm-04638370 , version 1 (08-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : ujm-04638370 , version 1

Citer

Ilemona S Omeje, Djafar Iabbaden, Patrick Ganster, Itina Tatiana E. Itina Tatiana. Exploring wetting dynamics of water nanodroplet on nano-textured surfaces: atomistic insights. 2024. ⟨ujm-04638370⟩
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