En 1805, Thomas Young a étudié l'équilibre mécanique au niveau de la ligne de contact triphasique solide/liquide/gaz (le bilan des forces agissant sur la ligne de contact formée par l'intersection de l'interface liquide-gaz et de la surface solide), et introduit le concept macroscopique d'« angle de contact » et l'équation de Young. Sur la base des hypothèses d'un isotrope, surface homogène et lisse, L'équation de Young donne la relation entre l'angle de contact intrinsèque de la surface solide et l'énergie libre interfaciale au niveau de la ligne de contact triphasée solide/liquide/gaz.

Cependant, il est difficile d'obtenir une surface aussi parfaite en réalité, et les surfaces sont généralement hétérogènes. Bien que la surface macroscopique soit lisse, la surface microscopique a tendance à être chaotique. L'angle de contact ainsi obtenu ne peut pas être appelé angle de contact intrinsèque.

Pour explorer la mouillabilité intrinsèque des matériaux, l'équipe du professeur Xiaolin Wang de l'Université de Wollongong et du professeur Lei Jiang et du professeur Tian Ye de l'Académie chinoise des sciences ont étudié conjointement le comportement de mouillabilité des différentes faces cristallines du saphir (α-Al 2 O 3 ) monocristaux. Des résultats connexes ont été publiés dans le Revue nationale des sciences (NSR) avec le titre « Mouillabilité intrinsèque dépendante de la face cristalline des surfaces en oxyde métallique ».

La surface de l'alumine est hydrophile, et l'angle de contact de la surface polycristalline de l'alumine est d'environ 10 degrés. Au cours de l'expérimentation, les chercheurs ont été surpris de découvrir que les angles de contact intrinsèques des quatre α-Al 2 O 3 les monocristaux avec différentes faces cristallines sont bien supérieurs à 10 degrés, et l'angle de contact de la face cristalline (1-102) est très proche de 90 degrés. L'étude précédente dans notre groupe avait prouvé que la limite intrinsèque hydrophile et hydrophobe du matériau de surface est d'environ 65 degrés, la surface cristalline (1-102) est donc hydrophobe.

Grâce à la simulation DFT des structures des molécules d'eau interfaciales adsorbées à différentes faces cristallines, il a été constaté que par rapport à hydrophile (11-20), (10-10) et (0001) faces cristallines, les molécules d'eau adsorbées sur la face cristalline (1-102) sont à l'état stationnaire ; C'est, les atomes d'hydrogène de la face cristalline hydrophobe sont au point le plus haut de la première couche d'eau adsorbée. Par conséquent, les molécules d'eau des gouttelettes d'eau sur la ligne de contact triphasée ne peuvent former qu'une liaison hydrogène avec un atome d'hydrogène. Étant donné qu'une interaction de liaison hydrogène est relativement faible, la ligne de contact triphasée est facilement ancrée. Mais sur les faces cristallines hydrophiles, les atomes d'oxygène de la molécule d'eau interfaciale adsorbée sont au point le plus élevé. Dans ce cas, il y a deux paires isolées d'électrons d'un atome d'oxygène pour former deux interactions de liaison hydrogène avec des molécules d'eau de gouttelettes d'eau au niveau de la ligne de contact triphasée. D'où, la ligne de contact à trois lignes est plus facile à étaler.

Ce travail a commencé à partir de l'interface du cristal d'alumine plat au niveau atomique et a prouvé que l'orientation des molécules d'eau interfaciales adsorbées a un impact énorme sur la mouillabilité macroscopique des surfaces solides avec la composition chimique similaire (aluminium et oxygène) et presque aucune structure topographique (atomiquement plat ). Ce travail porte sur l'étude de la mouillabilité intrinsèque de l'interface solide, qui peuvent fournir des inspirations pour améliorer l'efficacité catalytique, préparer d'excellents matériaux fonctionnels, et améliorer les performances des dispositifs composites.