Molhabilidade de superfícies reentrantes

Abstract

Existem dois possíveis estados de molhabilidade extremos para uma gota colocada sobre uma superfície: o estado Cassie-Baxter (CB) tem a gota equilibrada sobre o topo dos pilares e o estado Wenzel (W), caracterizado pela molhabilidade homogênea da superfície. Neste trabalho apresentamos um modelo teórico baseado na energia interfacial global para ambos os estados CB e W para estudar o comportamento de superfície de pilares e com reentrância simples e dupla. A partir da minimização da energia associada a cada estado de molhabilidade, é possível prever o estado teórico termodinâmico de uma gota para uma dada superfície e obter o angulo de contato aparente no estado estável. Usamos este modelo para encontrar geometrias para as superfícies de pilares e com reentrância que maximizem o angulo de contato. Após, analisamos o comportamento de molhabilidade das superfícies específicas para diferentes valores do angulo de contato de Young, simulando líquidos com diferentes tensões superficiais. Finalmente, apresentamos um estudo numérico usando simulação de Monte Carlo do Modelo de Potts Celular em três dimensões. A partir da comparação entre os ângulos de contato teórico e simulado, verificamos que existe uma dependência nos estados iniciais de molhabilidade da gota, o que sugere uma metaestabilidade desses estados. Para as superfícies de pilares e de reentrância simples, encontramos metaestabilidade apenas do estado CB, mas, para a superfície com reentrância dupla também encontramos metaestabilidade do estado W. Comparando com experimentos de molhabilidade realizados nestes tipos de superfície, discutimos alguns sucessos e problemas da abordagem adotada neste trabalho.