En utilisant une gamme d'approches théoriques et de simulation, des physiciens de l'Université de Bristol ont montré que les liquides en contact avec des substrats peuvent présenter un nombre fini de classes de comportement et en identifier les nouvelles importantes.

Leurs découvertes, publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ), défier les idées reçues sur le comportement des phases de mouillage et de séchage.

Les auteurs fournissent un cadre conceptuel solide pour adapter les propriétés de nouveaux matériaux, y compris la recherche de substrats super-répulsifs, comme expulser l'eau des pare-brise, ainsi que la compréhension des interactions hydrophobes à l'échelle de la longueur des biomolécules.

Lorsqu'un liquide tel que l'eau est repoussé d'un substrat solide, la goutte créée présente un grand angle de contact. C'est ce qu'on appelle un état hydrophobe, ou superhydrophobe si l'angle de contact est très grand, de sorte que la goutte forme une forme presque sphérique.

Par contre, si le substrat attire suffisamment le liquide, c'est-à-dire un substrat hydrophile - cela crée un petit angle de contact et la goutte s'étale sur la surface.

Le fait qu'une surface soit hydrophobe ou hydrophile est déterminé par le degré d'attraction moléculaire entre le substrat et le liquide.

La maîtrise de l'attraction est la clé de la mouillabilité des substrats, qui détermine combien de systèmes physiques et biologiques fonctionnent. Par exemple, les feuilles des plantes sont souvent hydrophobes, leur permettant de rester au sec pendant la pluie afin que les échanges gazeux puissent se produire à travers leurs pores. Cependant, les liquides tels que les peintures, les encres et les lubrifiants doivent s'étaler sur les surfaces enduites ou « humides ».

S'appuyant sur les premières connaissances acquises par l'ancien doctorat de Bristol. étudiante Dr Maria Stewart, Le professeur Bob Evans et le professeur Nigel Wilding ont appliqué un certain nombre de techniques théoriques et de simulation à des modèles de fluides réalistes afin d'étudier les propriétés des substrats hydrophobes et hydrophiles.

Ils ont découvert des comportements riches et inattendus tels que des fluctuations de densité divergentes associées au phénomène de « séchage critique » sur un substrat superhydrophobe.

Le professeur Evans a déclaré :" Clarifier les facteurs qui contrôlent l'angle de contact d'un liquide sur un substrat solide est un problème scientifique de longue date pertinent pour la physique, chimie et science des matériaux. Les progrès ont été entravés par le manque d'une compréhension globale et unifiée de la physique des transitions de phase de mouillage et de séchage. Nos résultats montrent que le caractère de ces transitions dépend à la fois de la gamme d'interactions fluide-fluide et substrat-fluide et de la température."

Le professeur Wilding a ajouté :"Nos travaux ont découvert des classes de diagrammes de phases de surface jusqu'alors inconnues auxquelles appartiennent la plupart des études expérimentales et de simulation de liquides en contact avec un substrat. Une caractéristique particulièrement intéressante concerne l'eau à proximité de substrats superhydrophobes où l'on observe le phénomène de " séchage' comme θ →180°. Ceci est signalé par des fluctuations de densité divergentes qui conduisent à de riches propriétés structurelles, y compris des arrangements fractals de bulles de vapeur près du substrat.