نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 گروه فیزیک، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه، زنجان

3 گروه فیزیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

چکیده

در این مقاله با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی وابستگی تر شوندگی یک سطح گرافیتی متشکل از دو لایۀ گرافن به دما، برای سه تا از مدل‌های متداول آب مطالعه شده است. برای هر دمای مفروض، شدت ترشوندگی سطح گرافیتی با تخمین زاویۀ تماس قطرۀ ماکروسکوپی از روش برون‌یابی نمودار زاویۀ تماس بر حسب وارون شعاع برای نانو قطره‌های آب تعیین شده است. اگر چه مدل‌های مورد استفاده در اینجا ترشوندگی ناچیزی در دمای اتاق نشان می‌دهند، نتیجة شبیه‌سازی‌های ما حکایت از رویداد گذار فاز ترشوندگی برای هر سه مدل مورد مطالعه در دماهایی کوچک‌تر از دمای بحرانی آنها دارد. روند مشاهده ‌شده برای وابستگی زاویۀ تماس به دما و اندازۀ تقریبی دمای گذار، قابل ‌مقایسه با نتایج تجربی است که اخیراً برای گرافیت گزارش شده است. برازش منحنی‌ها به یک مدل پیشنهادی نشان می‌دهند که رخداد گذار فاز برای هر سه مدل از مرتبۀ اول است.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • F Ebrahimi 1
  • F Baharvand 1
  • E Nedaaee Oskoee 2
  • H Maleki 3

1 Department of Physics, University of Birjand

2 Department of Physics, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences.

3 Faculty of Physics, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran

چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molecular dynamics simulation
  • graphene
  • graphite
  • phase transition
  • wettability
  1. J Feng and Z Guo, Nanoscale Horizons 4 (2019) 339.
  2. M A Shannon, P W Bohn, M Elimelech, J G Georgiadis, B J Marinas, and A M Mayes. World Sci. 10 (2010) 337.
  3. M Elimelech and W A Phillip, Science 333 (2011) 712.
  4. A Striolo, A Michaelides, and L Joly, Rev. Chem. Biomol. Eng. 7 (2016) 553.
  5. S Gravelle, H Yoshida, L Joly, C Ybert, and L Bocquet, Chem. Phys. 145 (2016) 124708.
  6. J Rafiee, X Mi, H Gullapalli, A V Thomas, F Yavari, Y Shi, P M Ajayan, and N A Koratkar. Mater. 11 (2012) 217.
  7. ر آرام. مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 16 1 (1395) 19.
  8. R Aram, Iranian Journal of Physics Research 16, 1 (2016) 19.
  9. ح صالحی، م معدلی و پ امیری. مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 15 3 (1394) 291.
  10. H Salehi, M Moaddeli, and P Amiri, Iranian Journal of Physics Research, 15, 3 (2015) 19.

 

  1. G Hummer, J C Rasaiah, and J P Noworyta, Nat. 414 (2001) 188.
  2. F Ebrahimi and A Pishevar. J. Phys. Chem. C. 119 (2015) 28389.
  3. F Ramazani and F Ebrahimi. Phys. Chem. C. 120 (2016) 12871.
  4. F Ebrahimi F Ramazani and M Sahimi. Rep. 8 (2018) 7752.
  5. M Sahimi and F Ebrahimi. Rev. Lett. 122 (2019) 214506.
  6. M Ozmaian, A Fathizadeh, M Jalalvand, M R Ejtehadi and S M V Allaei. Rep. 6 (2016) 1.
  7. J W Cahn. Chem. Phys. 66 (1977) 3667.
  8. T Young, T. R. Soc. A. (1805) 65.
  9. S R Friedman, M Khalil, and P Taborek. Rev. Lett. 111 (2013) 226101.
  10. F Ebrahimi and M G Moghaddam. A. 453 (2016) 271.
  • M Napiórkowski and S Dietrich. Rev. Lett. 114 (2015) 039601.
  • R C Dutta, S Khan and J K Singh. Fluid Phase Equilib. 302 (2011) 310.
  • C Melios, C E Giusca, V Panchal and O Kazakova. 2D Mater. 5 (2018) 022001.
  • S Plimpton, J Comput. Phys. 117 (1995) 1.
  • R De Maesschalck, D Jouan-Rimbaud and D L Massart. Intell. Lab. Syst. 50 (2000) 1.
  • M J De Ruijter, T Blake, and J De Coninck, Lang. 15 (1999) 7836.
  • C Vega and J L Abascal. PCCP 13 (2011) 19663.
  • F Leroy, S Liu, and J Zhang. Phys. Chem. 19 (2015) 28470.
  1. C Vega and E De Miguel, Chem. Phys. 126 (2007) 154707
  • M Isaiev, S Burian, L Bulavin, M Gradeck, F Lemoine, and K Termentzidis, Simul 42 (2016) 910.
  • F Sedlmeier, J Janecek, C Sendner, L Bocquet, R R Netz and D Horinek. Biointerphases 3 (2008) FC23.
  • D Bonn, J Eggers, J Indekeu, J Meunier and E Rolley. Mod. Phys 81 (2009) 739.
  • H Zahedi and M Foroutan. Surf. Sci. 455 (2018) 789.
  1. J H Weijs, A Marchand, B Andreotti, D Lohse and J H Snoeijer. Fluids 23 (2011) 022001.