گذار فاز مرتبۀ اول ترشوندگي وابسته به دما روي يك سطح گرافيتي

First-order phase transition of temperature-dependent wettability on a graphite surface

در اين مقاله با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي وابستگي تر شوندگي يك سطح گرافيتي متشكل از دو لايۀ گرافن به دما، براي سه تا از مدل‌هاي متداول آب مطالعه شده است. براي هر دماي مفروض، شدت ترشوندگي سطح گرافيتي با تخمين زاويۀ تماس قطرۀ ماكروسكوپي از روش برون‌يابي نمودار زاويۀ تماس بر حسب وارون شعاع براي نانو قطره‌هاي آب تعيين شده است. اگر چه مدل‌هاي مورد استفاده در اينجا ترشوندگي ناچيزي در دماي اتاق نشان مي‌دهند، نتيجة شبيه‌سازي‌هاي ما حكايت از رويداد گذار فاز ترشوندگي براي هر سه مدل مورد مطالعه در دماهايي كوچك‌تر از دماي بحراني آنها دارد. روند مشاهده ‌شده براي وابستگي زاويۀ تماس به دما و اندازۀ تقريبي دماي گذار، قابل ‌مقايسه با نتايج تجربي است كه اخيراً براي گرافيت گزارش شده است. برازش منحني‌ها به يك مدل پيشنهادي نشان مي‌دهند كه رخداد گذار فاز براي هر سه مدل از مرتبۀ اول است.

In this paper, using molecular dynamics simulation, the wettability dependence of a graphite surface consisting of two layers of graphene on temperature is studied for three water models. For each given temperature, the wettability of the graphite surface is determined by estimating the contact angle of the macroscopic droplet using extrapolation method in terms of inverse radius for water nanodroplets. Although the used models show little wettability at room temperature, the result of our simulations suggests a wetting transition event for all three models studied at temperatures lower than their critical temperature. The observed trend for the dependence of the contact angle on temperature and the approximate value of the transition temperature is comparable to the experimental results recently reported for graphite. Fitting the curves to a proposed model shows that the wetting transition event is first order for all three models.