Recentemente, un gruppo guidato dal Prof. Wu Heng'an e dal Prof. Wang Fengchao dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) in collaborazione con il Prof. Joel De Coninck dell'Università di Mons ha fornito un approfondimenti teorici sulle forze capillari sulla linea di contatto e convalida dell'equazione di Young basata su un'interpretazione meccanica. I risultati della ricerca sono stati pubblicati online in Lettere di revisione fisica .

Nel 1805, lo scienziato britannico Thomas Young ha descritto la relazione quantitativa tra tensione interfacciale e angolo di contatto durante lo studio dei fenomeni di bagnatura e capillari. Da più di 200 anni, L'equazione di Young è diventata una delle teorie più basilari nel campo della bagnatura. Descrive l'equilibrio di tre tensioni di interfaccia parallele all'interfaccia solido-liquido. Però, i ricercatori hanno contestato la sua interpretazione come forze di superficie o energie di superficie e si sono impegnati a dimostrarne la validità su scala nanometrica.

Nonostante i notevoli progressi compiuti negli anni passati, enigmi e sfide rimangono ancora. Primo, la forza capillare non è presentata nell'equazione di Young. Inoltre, l'equazione di Young non può essere verificata direttamente negli esperimenti. Rispetto alla sua derivazione termodinamica, ci sono più ostacoli per proporre l'interpretazione meccanica dell'equazione.

Per risolvere il problema, il gruppo dell'USTC ha proposto un modello teorico per descrivere la forza capillare sulla linea di contatto.

I ricercatori hanno esaminato il bilancio della forza capillare su un angolo liquido su scala atomica e hanno considerato questo problema con un liquido in coesistenza con la sua fase vapore. L'analisi si è basata sulla scomposizione delle tensioni di interfaccia solido-liquido e solido-vapore in tre termini, uno dei quali ha un chiaro significato fisico. Il modello proposto è verificato mediante simulazioni di dinamica molecolare su un ampio intervallo di angoli di contatto. Si osservano differenze nelle forze capillari nell'evaporazione delle goccioline su superfici omogenee e decorate.

Seguendo lo stesso approccio, hanno anche verificato l'equazione di Young su scala nanometrica da un punto di vista dell'interpretazione meccanica. Dettagli microscopici riguardanti il ​​meccanismo di bagnatura e capillarità. Questi risultati forniscono una nuova visione fisica dell'equilibrio della forza capillare sulla linea di contatto.

Questo studio non solo fornisce nuove intuizioni per la comprensione profonda di molti fenomeni di bagnatura dell'interfaccia, ma ha anche un importante significato scientifico nei campi di applicazione della progettazione di chip micro-nano fluidici e nel miglioramento del recupero dei giacimenti a bassa permeabilità.