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Coalescence of sessile aqueous droplets laden with surfactant

聚结(物理) 润湿 肺表面活性物质 接触角 化学物理 物理 机械 纳米技术 材料科学 热力学 天体生物学
作者
S. Arbabi,P. Deuar,Rachid Bennacer,Zhizhao Che,Panagiotis E. Theodorakis
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (2) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0194816
摘要

With most of the focus to date having been on the coalescence of freely suspended droplets, much less is known about the coalescence of sessile droplets, especially in the case of droplets laden with surfactant. Here, we employ large-scale molecular dynamics simulations to investigate this phenomenon on substrates with different wettability. In particular, we unravel the mass transport mechanism of surfactant during coalescence, thus explaining the key mechanisms present in the process. Close similarities are found between the coalescence of sessile droplets with equilibrium contact angles above 90° and that of freely suspended droplets, being practically the same when the contact angle of the sessile droplets is above 140°. Here, the initial contact point is an area that creates an initial contact film of surfactant that proceeds to break into engulfed aggregates. A major change in the physics appears below the 90° contact angle, when the initial contact point becomes small and line-like, strongly affecting many aspects of the process and allowing water to take part in the coalescence from the beginning. We find growth exponents consistent with a 2/3 power law on strongly wettable substrates but no evidence of linear growth. Overall bridge growth speed increases with wettability for all surfactant concentrations, but the speeding up effect becomes weaker as surfactant concentration grows, along with a general slowdown of the coalescence compared to pure water. Concurrently, the duration of the initial thermally limited regime increases strongly by almost an order of magnitude for strongly wettable substrates.
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