Les recherches actuelles exploitent les effets capillaires et de bord des surfaces structurées en micropillaires pour obtenir certains motifs polygonaux de gouttelettes de liquide. Cependant, lorsqu'on lui donne une combinaison liquide/matériau spécifique, en particulier pour les surfaces superhydrophiles (ou complètement mouillantes), l'angle de contact réalisable est limité par l'équation de Gibbs conventionnelle généralement utilisée pour accéder au CA d'une macro-gouttelette sur des surfaces rugueuses. Les formes de contact des microgouttelettes sont limitées à certains polygones. Parvenir à un contrôle précis des microgouttelettes de formes arbitraires et d'un large éventail d'AC est depuis longtemps un défi.

Dans une étude publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences , le groupe du professeur Gao Yurui du Centre national des nanosciences et technologies (NCNST) de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec le professeur Zeng Xiaocheng de la City University de Hong Kong et le professeur Francisco Joseph S. de l'Université de Pennsylvanie, employant Les techniques de photolithographie et le traitement ultérieur ont permis de fabriquer une classe de surfaces structurées comportant des microparois/microcanaux concentriques en boucle fermée, ce qui permet un contrôle précis des microgouttelettes avec une large gamme de CA et une grande adaptabilité de forme et de motif.

Sur la base de la notion d'« états de mouillage topologique », les chercheurs ont conçu une variété de surfaces avec des microparois/microcanaux orthorhombiques homocentriques en boucle fermée à l'aide de techniques de lithographie. Ces surfaces présentaient des angles de bord de microparoi précis de 90° et, avec l'application d'un traitement UV/ozone, atteignaient un angle de contact intrinsèque de 0°. Sur ces surfaces aux structures en boucle fermée, des états de mouillage topologique ont été observés.

En raison de la topologie en boucle fermée des structures de surface, les microgouttelettes présentaient plusieurs états de Wenzel avec leurs lignes de contact triphasées épinglées sur le bord extérieur de la microparoi. et le CA peut varier considérablement de 0 à 130°. En concevant la forme des microparois homocentriques, la zone de contact et la taille des microgouttelettes peuvent également être contrôlées efficacement, permettant la formation non seulement de formes régulières telles que des cercles, des triangles et des carrés, mais également de motifs irréguliers comme des formes en forme de cœur. P>

De plus, les chercheurs ont étendu le contrôle à la dimension de l’AC. Ils ont proposé un contrôle sur une large plage (de 0 à>130°), en particulier pour les combinaisons surface/liquide intrinsèquement complètement mouillantes, en tirant parti de l'évaporation des gouttelettes et de la géométrie en boucle fermée.

Il est intéressant de noter que les chercheurs ont découvert un phénomène de mouillage qui remet en question l'équation de Gibbs traditionnelle dans la description des gouttelettes à leurs limites :quelle que soit la forme de la structure en boucle fermée, le CA maximum de la microgouttelette reste stable à environ 130°, s'écartant largement de l'angle limite prédite par l'équation de Gibbs basée sur les effets de bord à l'échelle macroscopique.

Cette découverte suggère que l'équation de Gibbs, traditionnellement utilisée pour accéder à l'AC des macrogouttelettes sur des surfaces rugueuses, pourrait ne pas être applicable à l'échelle micro ou nano. Cette conclusion s'applique à divers liquides, notamment l'isopropanol, l'éthanol, le décane et l'octane considérés dans cette étude.

Grâce à des simulations indépendantes de dynamique moléculaire, les chercheurs ont attribué cet écart important par rapport à la prédiction de l’équation de Gibbs à un effet cumulatif de l’interaction eau-surface et de la structure atomique du bord. Ils ont suggéré d'ajouter un terme de correction à l'équation de Gibbs pour corriger l'écart apparent.

"Ce travail a démontré des microstructures en boucle fermée avec des bords orthorhombiques bien contrôlés, permettant une analyse comparative de l'angle de contact de la gouttelette et de l'angle du bord. Il fournit des preuves de la nécessité de l'équation de Gibbs modifiée à l'échelle micro ou nano et des résultats obtenus. les gouttelettes qui peuvent être contrôlées avec précision offrent la possibilité de mesurer avec précision les gouttelettes.

"Cela a des implications pour l'exploitation de microgouttelettes contrôlables dans des domaines tels que la microfluidique, les réactions chimiques et la biodétection, offrant de nouvelles opportunités pour la fabrication de matériaux et la synthèse verte", a déclaré le professeur Gao.