近似エネルギー最小化アプローチを用いた疎水性遷移基準の統合

最近の実験研究では、粗い疎水性基板上でのCassie状態からWenzel状態への圧力誘発遷移が成功裏に明らかにされました。幾何学的考慮と課せられた圧力に基づく公式が遷移基準として開発されました。過去には、遷移はCassie状態とWenzel状態の間のエネルギー障壁を克服するプロセスと見なされていました。遷移に関する様々な考慮の統一的な理解は明らかではありませんでした。この問題に対処するために、本研究では、均質化されたエネルギー最小化アプローチを用いて遷移基準を統合します。このアプローチは、粗い基板を濡らすためのエネルギーの最小化の問題を、マクロな液滴のエネルギーから切り離します。CassieからWenzel状態への遷移は、液体-空気界面の脱ピンによるものであり、粗さにおける貫入液体に関連する圧力-体積エネルギーが含まれる場合、近似エネルギー最小化アプローチから現れます。この遷移は、圧力力によって行われる仕事が粗さを濡らすことに関連する表面エネルギーによる障壁を上回るプロセスとして見ることができます。また、粗さの溝の底に触れる液体-空気界面のたわみが原因となる別の遷移メカニズムは、Cassie状態がWenzel状態と比較して低エネルギーになるように基板の粗さが設計されている場合、通常は関連性がないと主張されます。