物体在表面凸起处接触线运动：跳跃现象与能量耗散

《Langmuir》：Contact Line Motion over a Surface Asperity: Jumping and Energy Dissipation

接触线动力学与表面缺陷相互作用研究。通过数值模拟分析圆柱纤维上孤立纳米级凸起对接触线运动的影响，发现pinning和depinning过程中存在能量耗散差异，其中depinning耗散更大且主导总耗散。推导出考虑表面张力、接触角、缺陷几何和探针半径的简化模型，与AFM实验数据吻合。扩展至凹陷和化学异质缺陷，发现力曲线特征差异显著。证实接触线跳跃速度接近毛细波传播速度，为理解润湿滞后和能量耗散机制提供新视角。

　　

理解移动的接触线与表面缺陷之间的相互作用对于解释实际表面上的润湿动力学和接触角滞后现象至关重要。在这项研究中，我们探讨了一个孤立的地形缺陷如何影响圆柱纤维上接触线的运动，这种几何结构与原子力显微镜（AFM）实验相关。通过数值模拟，我们分析了液滴在单个纳米级凸起上前进和后退时的准静态力-位移行为，发现接触线在脱离凸起和重新附着过程中存在明显的能量耗散现象。模拟结果量化了跳跃长度及相关能量耗散与表面张力、接触角、缺陷几何形状以及探针半径等物理参数的依赖关系。模拟清楚地表明，脱离凸起过程中的能量耗散大于附着过程中的能量耗散，且大部分能量耗散发生在脱离阶段。我们提出了接触线附着和脱离过程中能量耗散的近似表达式，这些表达式揭示了物理参数的影响。这个简单模型得出的能量耗散结果与数值模拟和AFM实验结果高度吻合。我们将模拟扩展到其他类型的缺陷（如凹坑和化学不均匀性），并展示了它们在力曲线中的差异。最后，我们发现接触线的跳跃速度接近毛细波的速度，这与文献中的最新研究结果一致。这项研究为接触角滞后和润湿现象中的能量耗散的基本机制提供了新的见解。