Molecular Processes in Dynamic Wetting

Abstract

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.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-268935