Droplet slipperiness despite surface heterogeneity at molecular scale

化学 化学物理 分子动力学 接触角 单层 自组装单层膜 磁滞 纳米技术 分子 固体表面 复合材料 材料科学 计算化学 凝聚态物理 有机化学 生物化学 物理
作者
Sakari Lepikko,Ygor Morais Jaques,Muhammad Junaid,Matilda Backholm,Jouko Lahtinen,Jaakko Julin,Ville Jokinen,Timo Sajavaara,Maria Sammalkorpi,Adam S. Foster,Robin H. A. Ras
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
标识
DOI:10.1038/s41557-023-01346-3
摘要

Abstract Friction determines whether liquid droplets slide off a solid surface or stick to it. Surface heterogeneity is generally acknowledged as the major cause of increased contact angle hysteresis and contact line friction of droplets. Here we challenge this long-standing premise for chemical heterogeneity at the molecular length scale. By tuning the coverage of self-assembled monolayers (SAMs), water contact angles change gradually from about 10° to 110° yet contact angle hysteresis and contact line friction are low for the low-coverage hydrophilic SAMs as well as high-coverage hydrophobic SAMs. Their slipperiness is not expected based on the substantial chemical heterogeneity of the SAMs featuring uncoated areas of the substrate well beyond the size of a water molecule as probed by metal reactants. According to molecular dynamics simulations, the low friction of both low- and high-coverage SAMs originates from the mobility of interfacial water molecules. These findings reveal a yet unknown and counterintuitive mechanism for slipperiness, opening new avenues for enhancing the mobility of droplets.
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