Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Water-substrate physico-chemistry in wetting dynamics
KTH, Centra, SeRC - Swedish e-Science Research Centre. KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Teoretisk fysik, Beräkningsbiofysik.ORCID-id: 0000-0001-9160-2549
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Teoretisk fysik, Beräkningsbiofysik. KTH, Centra, SeRC - Swedish e-Science Research Centre.ORCID-id: 0000-0002-7498-7763
2015 (Engelska)Ingår i: Journal of Fluid Mechanics, ISSN 0022-1120, E-ISSN 1469-7645, Vol. 781, s. 695-711Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Resurstyp
Text
Abstract [en]

We consider the wetting of water droplets on substrates with different chemical composition and molecular spacing, but with an identical equilibrium contact angle. A combined approach of large-scale molecular dynamics simulations and a continuum phase field model allows us to identify and quantify the influence of the microscopic physics at the contact line on the macroscopic droplet dynamics. We show that the substrate physico-chemistry, in particular hydrogen bonding, can significantly alter the flow. Since the material parameters are systematically derived from the atomistic simulations, our continuum model has only one adjustable parameter, which appears as a friction factor at the contact line. The continuum model approaches the atomistic wetting rate only when we adjust this contact line friction factor. However, the flow appears to he qualitatively different when comparing the atomistic and continuum models, highlighting that non-trivial continuum effects can come into play near the interface of the wetting front.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Cambridge University Press, 2015. Vol. 781, s. 695-711
Nyckelord [en]
contact lines, micro-/nano-fluid dynamics, molecular dynamics
Nationell ämneskategori
Fysik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-182184DOI: 10.1017/jfm.2015.517ISI: 000368737000011Scopus ID: 2-s2.0-84958981400OAI: oai:DiVA.org:kth-182184DiVA, id: diva2:903749
Forskningsfinansiär
Swedish e‐Science Research CenterEU, Europeiska forskningsrådet, 258980
Anmärkning

QC 20160216

Tillgänglig från: 2016-02-16 Skapad: 2016-02-16 Senast uppdaterad: 2020-03-23Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Molecular Processes in Dynamic Wetting: Du som saknar dator/datorvana kan kontakta Cathrine Bergh, cabergh@kth.se för information
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Molecular Processes in Dynamic Wetting: Du som saknar dator/datorvana kan kontakta Cathrine Bergh, cabergh@kth.se för information
2020 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The spreading of liquids onto and over surfaces is a fundamental process in nature. It is present in all forms and sizes: From rivers carving through landscapes, to our blood stream transporting nutrients to cells, and even single water molecules moving through channels into these cells. We now have a good understanding of how fluid movement works inside the fluid itself. However, we do not fully understand the processes close to the contact line, where the liquid is spreading onto the surface. We are forced to make assumptions about this behaviour and none of these assumptions have yet proven to be universally valid.

As everything in nature, liquid spreading is a fundamentally molecular process. This thesis summarises my work on applying this lens to the process. By studying molecules we begin at the smallest combined building blocks of nature and do not have to make any prior assumptions of the involved processes. Instead, we simply observe their behaviour. This is accomplished through the use of molecular dynamics simulation, which are an atomistic form of computer experiments. We use a realistic model of water molecules as our base liquid, since this captures realistic effects such as hydrogen bonding which are not present when using simpler models. Combined with large-scale systems which minimise the influence of finite-size effects, we have a realistic treatment of complex liquid systems.

We find that the molecular processes of wetting have an important influence on large-scale wetting. Most importantly, the hydrogen bonding nature of water to realistic substrates yields the no-slip condition often used as a boundary condition for models of wetting. Furthermore, since molecular processes are thermal in nature they create energy barriers which impede contact line advancement. We show how these barriers are created and how they can be diminished, for example in the case of electrowetting. This highlights that understanding the molecular behaviour of fluids remains an important field of study.

Abstract [sv]

Hur vätskor breder ut sig över ytor är en grundläggande process i naturen. Den dyker upp i alla former och storleksgrader: från floder som skär genom berg, till vår blodström som levererar näring till våra celler, och till och med enstaka vattenmolekyler som rör sig genom de kanaler som celler tar in näringen från. Hur vätskor beter sig i stora flöden är sedan länge känt, men vi vet ännu inte hur de beter sig nära ytor. Istället gör vi antaganden, varav inga ännu är korrekta för alla tillämpningar.

Fundamentalt sett är en vätska som breder ut sig en molekylär process. Denna avhandling sammanfattar mitt arbete med att förstå den ur denna synvinkel. Genom att studera molekyler använder vi naturens minsta sammansatta byggstenar. Vi behöver inte göra antaganden om hur de beter sig, vi behöver bara titta. Det fönster som vi tittar igenom är molekylär dynamik-simuleringar, en atomistisk typ av datorexperiment. För att fånga verkliga effekter som vätebindningar, använder vi realistiska modeller av vattenmolekyler och ytor. Vi använder tillräckligt stora system för att se hur molekylära effekter påverkar större processer.

Vi visar med dessa metoder att molekylära processer har stor påverkan på hur vätskor flödar över ytor. En stor effekt är att vätebindningarna mellan vatten och realistiska ytor förhindrar vätskan från att glida över den, vilket är ett vanligt antagande i modeller. Vi visar också hur molekyler vid gränsen där vätskor sprider på ytor ger upphov till en energibarriär som förhindrar att vätskan enkelt sprider sig framåt. Denna barriär beskrivs i detalj och vi visar vilka effekter som kan förminska den. Detta genomlyser hur molekylära processer i vätning är en viktig ingrediens för ökad förståelse av vätskespridning i system.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2020. s. 58
Serie
TRITA-SCI-FOU ; 2020:05
Nyckelord
contact lines, nanodroplets, computational physics, molecular dynamics, fluid dynamics, multi-phase flows, electrowetting
Nationell ämneskategori
Annan fysik
Forskningsämne
Biologisk fysik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-268935 (URN)978-91-7873-480-1 (ISBN)
Disputation
2020-04-16, Livestream: https://play.kth.se/media/t/0_mbkr2jhi, Zoom link: https://kth-se.zoom.us/j/491224121, 09:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2020-03-23 Skapad: 2020-03-19 Senast uppdaterad: 2020-04-15Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Johansson, PetterHess, Berk

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Johansson, PetterHess, Berk
Av organisationen
SeRC - Swedish e-Science Research CentreBeräkningsbiofysik
I samma tidskrift
Journal of Fluid Mechanics
Fysik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 232 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf