Estados de molhagem topológicos de microgotas em superfícies estruturadas de laço fechado: Quebra da equação de Gibbs na microscale

Microgotas são uma classe de matéria suave que tem sido extensivamente empregada para aplicações químicas, bioquímicas e industriais. No entanto, a fabricação de microgotas com forma de área de contato e ângulo de contato aparente amplamente controláveis, um pré-requisito chave para suas aplicações, ainda é um desafio. Aqui, ao projetar um tipo de superfície com microparedes/microcanais homocêntricos de laço fechado, conseguimos obter uma facilidade de ajuste de tamanho, forma e ângulo de contato de microgotas nas superfícies texturizadas por design. Mais importante, essa classe de topologias de superfície (com valor de gênero universal = 1) nos permite revelar que a equação convencional de Gibbs (amplamente utilizada para avaliar o efeito de borda no ângulo de contato aparente de macrogotas) parece não ser mais aplicável a microgotas de água ou nanogotas (evidenciado por simulações de dinâmica molecular independentes). Notavelmente, para a superfície plana com ângulo de contato intrínseco ~0°, encontramos que o ângulo de contato crítico nas contrapartes microtexturizadas (em ângulo de borda 90°) pode ser tão grande quanto >130°, em vez de 90° de acordo com a equação de Gibbs. Experimentos mostram que a quebra da equação de Gibbs ocorre para microgotas de diferentes tipos de líquidos, incluindo álcool e óleos hidrocarbonetos. No geral, o design da superfície microtexturizada e os estados de molhagem topológicos não apenas oferecem oportunidades para diversas aplicações de microgotas, como reações químicas controláveis e fabricação de circuitos de baixo custo, mas também fornecem plataformas para avançar a ciência fundamental da superfície de molhagem além da equação de Gibbs.