Recientemente, un grupo dirigido por el profesor Wu Heng'an y el profesor Wang Fengchao de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China (CAS) en colaboración con el profesor Joel De Coninck de la Universidad de Mons ha proporcionado un conocimiento teórico de las fuerzas capilares en la línea de contacto y validó la ecuación de Young basada en una interpretación mecánica. Los resultados de la investigación se publicaron en línea en Cartas de revisión física .

En 1805, el científico británico Thomas Young describió la relación cuantitativa entre la tensión interfacial y el ángulo de contacto al estudiar los fenómenos de humectación y capilaridad. Durante más de 200 años, La ecuación de Young se ha convertido en una de las teorías más básicas en el campo de la humectación. Describe el equilibrio de tres tensiones de interfaz paralelas a la interfaz sólido-líquido. Sin embargo, Los investigadores han disputado su interpretación como fuerzas superficiales o energías superficiales y se han comprometido a probar su validez a nanoescala.

A pesar de los notables avances logrados en los últimos años, Aún quedan acertijos y desafíos. Primero, la fuerza capilar no se presenta en la ecuación de Young. Adicionalmente, La ecuación de Young no se puede verificar directamente en experimentos. Comparado con su derivación termodinámica, hay más obstáculos para plantear la interpretación mecánica de la ecuación.

Para resolver el problema, el grupo de la USTC propuso un modelo teórico para describir la fuerza capilar en la línea de contacto.

Los investigadores examinaron el equilibrio de la fuerza capilar en una esquina de líquido a escala atómica y consideraron este problema con un líquido en coexistencia con su fase de vapor. El análisis se basó en la descomposición de las tensiones de la interfaz sólido-líquido y sólido-vapor en tres términos, cualquiera de los cuales tiene un significado físico claro. El modelo propuesto se verifica mediante simulaciones de dinámica molecular en un amplio rango de ángulos de contacto. Se observan diferencias en las fuerzas capilares al evaporar las gotas sobre superficies homogéneas y decoradas.

Siguiendo el mismo enfoque, también verificaron la ecuación de Young a nanoescala desde un punto de vista de interpretación mecánica. Detalles microscópicos sobre el mecanismo de humectación y capilaridad. Estos resultados proporcionan una nueva visión física del equilibrio de la fuerza capilar en la línea de contacto.

Este estudio no solo proporciona nuevos conocimientos para la comprensión profunda de muchos fenómenos de la humectación de la interfaz, pero también tiene una importancia científica importante en los campos de aplicación del diseño de microprocesadores fluídicos y la mejora de la recuperación de yacimientos de baja permeabilidad.