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Controllable and Gradient Wettability of Bilayer Two-Dimensional Materials Regulated by Interlayer Distance

润湿 材料科学 双层 纳米技术 工作(物理) 粘附 化学物理 石墨烯 温度梯度 复合材料 微流控 分子动力学 机械工程 化学 计算化学 量子力学 物理 工程类 生物化学
作者
Hongfei Ye,Chenguang Yin,Jian Wang,Yonggang Zheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (36): 41489-41498 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.2c08282
摘要

Surfaces with controllable and gradient wettability often require an elaborate design of the microstructure or its response under electrical, thermal, optical, pH, and other stimuli. Generally, the wettability change under these physical or chemical effects relies on a complex mechanism that is difficult to be quantitatively described. In this study, an online controlling strategy for surface wettability and the corresponding theoretical model are put forward based on a bilayer graphene-like atomic structure. Molecular dynamics results indicate that the surface wettability varies toward hydrophilicity after sticking a bottom material regardless of its wettability. But such an influence becomes weak with increasing interlayer distance, and the overall wettability approaches that of the upper layer material gradually. This variation is elucidated by the increase of the work of adhesion, providing new insight into the wetting transparency of graphene. A theoretical model of the governing relationship is established based on the work of adhesion, which correlates the overall surface wettability with the interlayer distance and the wettabilities of individual materials. Moreover, a surface with a uniform wettability gradient is achieved by inclining the bottom material. The spontaneous and steady motion of droplets can be induced by this gradient wettability. The relevant speedup behavior is evaluated through a theoretical model considering the varying interlayer distance, which reveals the critical role of the lower layer. This study proposes a novel strategy for controllable wetting and relevant gradient surfaces using prevailing two-dimensional materials, paving new routes to many applications such as microfluidic chips, virus diagnosis, and intelligent sensors.

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