Новости космоса и технологий. » Химия » Сапфиры показывают свое истинное лицо: не водолюбивы

Сапфиры показывают свое истинное лицо: не водолюбивы

Опубликовал: Admin, 14-10-2020, 01:01, Химия, 34, 0

Сапфиры показывают свое истинное лицо: не водолюбивы

В 1805 году Томас Янг изучил механическое равновесие на линии трехфазного контакта твердое тело /жидкость /газ (баланс сил, действующих на линию контакта, образованную пересечением границы раздела жидкость-газ и твердой поверхности), и ввел макроскопическая концепция «краевого угла» и уравнение Юнга. Основываясь на предположении об изотропной, однородной и гладкой поверхности, уравнение Юнга дает соотношение между внутренним краевым углом твердой поверхности и межфазной свободной энергией на линии трехфазного контакта твердое тело /жидкость /газ.

Однако в реальности получить такую ​​идеальную поверхность сложно, и поверхности обычно неоднородны. Хотя макроскопическая поверхность гладкая, микроскопическая поверхность имеет тенденцию быть хаотичной. Полученный таким образом угол смачивания нельзя назвать собственным углом смачивания.

Чтобы исследовать внутреннюю смачиваемость материалов, команда профессора Сяолинь Вана из Университета Вуллонгонга и профессора Лэй Цзян и профессора Тянь Е из Китайской академии наук совместно изучила поведение смачиваемости различных кристаллических граней сапфира ( Al 2 O 3 ) Монокристаллы. Соответствующие результаты были опубликованы в Национальное научное обозрение (NSR) с названием «Внутренняя смачиваемость поверхностей оксидов металлов, зависящая от кристаллической поверхности».

Поверхность оксида алюминия является гидрофильной, а угол смачивания поликристаллической поверхности оксида алюминия составляет около 10 градусов. Во время эксперимента исследователи были удивлены, обнаружив, что внутренние углы смачивания всех четырех α-Al 2 О 3 монокристаллы с разными гранями кристалла намного больше 10 градусов, а угол смачивания (1-102) грани кристалла очень близок к 90 градусам. Предыдущее исследование в нашей группе доказало, что внутренняя гидрофильная и гидрофобная граница материала поверхности составляет около 65 градусов, поэтому поверхность кристалла (1-102) является гидрофобной.

Моделирование структур адсорбированной поверхности раздела вода молекулы на разных гранях кристалла было обнаружено, что по сравнению с гидрофильными (11-20), (10-10) и (0001) гранями кристалла, молекулы адсорбированной воды на (1-102) грани кристалла находятся в стоячем состоянии; то есть атомы водорода гидрофобной поверхности кристалла находятся в самой высокой точке первого слоя адсорбированной воды. Следовательно, молекулы воды из капель воды на линии трехфазного контакта могут образовывать только одну водородную связь с одним атомом водорода. Поскольку взаимодействие одной водородной связи является относительно слабым, линия трехфазного контакта легко закрепляется. Но на гидрофильных гранях кристалла атомы кислорода адсорбированной межфазной молекулы воды находятся в самой высокой точке. В этом случае есть две неподеленные пары электронов одного атома кислорода, которые образуют два взаимодействия водородных связей с молекулами воды капель воды на линии трехфазного контакта. Следовательно, трехлинейную линию соприкосновения легче растянуть.

Эта работа началась с плоской границы раздела кристаллов оксида алюминия на атомном уровне и доказала, что ориентация адсорбированных межфазных молекул воды оказывает огромное влияние на макроскопическую смачиваемость твердых поверхностей с аналогичным химическим составом (алюминий и кислород) и практически без топографической структуры (атомарно плоская ). В этой работе основное внимание уделяется изучению внутренней смачиваемости твердой поверхности раздела, что может вдохновить на повышение каталитической эффективности, приготовление превосходных функциональных материалов и улучшение характеристик композитных устройств.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии