Аномальний ефект зміни кута змочування в нерівноважних системах розтоп–твердий метал
Є. Ф. Штапенко$^{1}$, Ю. В. Сироватко$^{1,2}$
$^{1}$Український державний університет науки і технологій, пр. Гагаріна, 4, 49100 Дніпро,Україна
$^{2}$Dnipropetrovs’k Branch of the State Institution ‘Soils Protection Institute of Ukraine’, 65a Naukova Str., UA-52071 Doslidne, Ukraine
Отримано: 04.01.2024; остаточний варіант - 11.03.2024. Завантажити: PDF
В роботі досліджено залежність крайового кута змочування рідким оливом підкладинки із криці від температури. У ході експерименту виявлено, що крайовий кут зменшується з підвищенням температури і поліпшується змочуваність даної системи. Однак з подальшим підвищенням температури крайовий кут знову збільшується, що є аномальним явищем. Для пояснення цього феномена, а також процесу формування крайового кута в цілому було запропоновано квантово-механічний модель, заснований на уявленнях Вентцеля–Крамерса–Бріллюена (ВКБ). У цьому випадку взаємодія йонів розтопу з атомами підкладинки розглядається опосередковано через формування потенціяльного бар’єра, лінійні розміри якого визначаються співвідношенням мас атомів взаємодійних металів і температурою. З позицій ВКБ за низьких температур, коли кінетична енергія усередненої частинки зі зведеною масою менша за величину потенціяльного бар’єра, відбувається швидке згасання хвильової функції і, відповідно, зміна крайового кута практично не відбувається. Кількісні та якісні зміни з’являються, коли кінетична енергія частинок зі зведеною масою перевищує значення позитивного бар’єра внаслідок підвищення температури. Відповідно до ВКБ-уявлень, проходження або відбивання частинки зі зведеною масою над бар’єром визначається цілим або напівцілим співвідношенням довжини де Бройлевої хвилі та лінійних розмірів потенціяльного бар’єра. Таким чином, якісні зміни в системі, такі як поріг змочування й аномальне збільшення крайового кута, описуються процесами, пов’язаними з проходженням або відбиванням частинки зі зведеною масою над бар’єром. Криві залежностей крайового кута та роботи адгезії від температури, побудовані експериментально та теоретично, мають подібну динаміку.
Ключові слова: температурна залежність кута змочування, робота адгезії, проходження частинки над потенціяльним бар’єром, відбивання частинки від потенціяльного бар’єра, де Бройлева хвиля, квантове число.
URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i08/0717.html
PACS: 05.70.Np, 06.60.Wa, 68.08.Bc, 68.35.Np, 73.40.Jn