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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2502.18938 (cond-mat)
[提交于 2025年2月26日 ]

标题: 化学和形貌对铜润湿性的影响

标题: Influence of Chemistry and Topography on the Wettability of Copper

Authors:Sarah Marie Lößlein, Rolf Merz, Yerila Rodríguez-Martínez (IJL), Florian Schäfer, Philipp Grützmacher, David Horwat (IJL), Michael Kopnarski, Frank Mücklich
摘要: 为了理解地形和表面化学在润湿性中的复杂相互作用,需要进行研究这两个参数的基础性研究。 由于润湿性对其中一个参数的微小变化非常敏感,因此精确控制实验方法至关重要。 对其在润湿性中的影响有深入的理解,有助于设计具有独特功能的表面。 我们进行了一项多步骤的研究:通过确定挥发性碳质物种(A)的吸附以及在平坦铜基底上溅射沉积金属铜和氧化铜(B),分析了表面化学的影响。 通过激光加工创建了精确的表面形貌。 通过皮秒激光加工(C)创建了各向同性形貌,而通过不同脉冲持续时间的直接激光干涉光刻(DLIP)(D)制备了分层各向异性线图案。 我们的结果表明,尽管存在碳氢化合物的持续积累,抛光铜表面的长期润湿响应随时间稳定,并且主要由吸附层主导,而不是基底的氧化状态(Cu、CuO、Cu2O)。 通过激光加工调整形貌,可以精确调节表面的润湿响应。 主要线状图案的次级图案形态对静态接触角、润湿各向异性和水粘附性有显著影响。 图案凹槽内的粗糙度增加,同时峰顶的粗糙度较小,有利于空气夹带、各向同性疏水性和低水粘附性。 增加纵横比虽然增加了峰顶粗糙度,但显示出增强空气夹带和疏水性的效果,同时观察到了随时间变化的润湿转变。
摘要: To understand the complex interplay of topography and surface chemistry in wetting, fundamental studies investigating both parameters are needed. Due to the sensitivity of wetting to miniscule changes in one of the parameters it is imperative to precisely control the experimental approach. A profound understanding of their influence on wetting facilitates a tailored design of surfaces with unique functionality. We present a multi-step study: The influence of surface chemistry is analyzed by determining the adsorption of volatile carbonous species (A) and by sputter deposition of metallic copper and copper oxides on flat copper substrates (B). A precise surface topography is created by laser processing. Isotropic topography is created by ps laser processing (C), and hierarchical anisotropic line patterns are produced by direct laser interference patterning (DLIP) with different pulse durations (D). Our results reveal that the long-term wetting response of polished copper surfaces stabilizes with time despite ongoing accumulation of hydrocarbons and is dominated by this adsorption layer over the oxide state of the substrate (Cu, CuO, Cu2O). The surfaces' wetting response can be precisely tuned by tailoring the topography via laser processing. The sub-pattern morphology of primary line-like patterns showed great impact on the static contact angle, wetting anisotropy, and water adhesion. An increased roughness inside the pattern valleys combined with a minor roughness on the peaks favors air-inclusions, isotropic hydrophobicity, and low water adhesion. Increasing the aspect ratio showed to enhance air-inclusions and hydrophobicity despite increased peak roughness while time dependent wetting transitions were observed.
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2502.18938 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2502.18938v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.18938
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Journal of Colloid and Interface Science, 2024, 670, pp.658-675
相关 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.04.212
链接到相关资源的 DOI

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来自: David Horwat [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 2 月 26 日 08:42:56 UTC (836 KB)
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