Study of wettability and super-repellency in two dimensions using Potts model

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Our study to investigate the wettability of flat and structured surfaces in pillars based on two- dimensional simulations, using the Potts cellular model (CPM). We can find a superhydropic character on the surface when they presented: (I) High value of the contact angle (θ > 150°) formed between the liquid and the surface and (II)low hysteresis of the contact angle (Δθ< 10°). The drop on a surface may have two states of wettability: Cassie- Baxter, the liquid remains on the pillars surface, known as heterogeneous state or "fakir", and Wenzel, the liquid enters the cavities of the surface and is called state homogeneous. These studies show that between these two states there is an energy barrier that, when overcome, causes the transition of states. In our previous works, we also presented a model of at surface with a hydrophobic character, in order to obtain a surface with superhypophobic behavior (minimum contact between the drop and the surface). We studied which parameters can intensify this behavior and facilitate a possible transition. Thus, our structure of the surface with pillars and we vary the distance between them (b) and their height (h) to determine the transition zone of states. From the transition diagram, it was possible to analyze the behavior of parameters, such as contact angle, hysteresis and solid contact fraction in the regions near and far from the transition and also. We analyze how the parameters of the Potts model interfere in the wettability. In this study of the transition of states, we compared our model with the molecular dynamics model and therefore, having our results consistent with the experimental results found in the literature. Finally, we analyze how the reentrancy on the pillars influence the transition line. Nosso estudo sobre molhabilidade de superfícies planas e estruturadas em pilares é baseado em simulações bidimensionais, com o auxílio do modelo celular de Potts (CPM). Podemos encontrar um caráter superhidróbico na superfície quando forem apresentados: (I) Alto valor do ângulo de contato (θ > 150°) formado entre o líquido e a superfície e (II) baixa histerese do ângulo de contato (Δθ< 10°). A gota sobre uma superfície poderá ter dois estados de molhabilidade: Cassie-Baxter, o líquido permanece sobre os pilares da superfície, conhecido como estado heterogêneo ou “faquir”, e Wenzel, o líquido entra nas cavidades da superfície e é chamado de estado homogêneo. Estudos mostram que entre esses dois estados existe uma barreira de energia que, quando superada, ocasiona a transição de estados. Em nossos trabalhos anteriores, modelamos uma superfície plana com caráter hidrofóbico, a fim de obter uma superfície com comportamento superhidrofóbico (mínimo contato entre a gota e a superfície). Estudamos quais parâmetros podem intensificar esse comportamento e facilitar uma possível transição. Assim, estruturamos a superfície com pilares e variamos a distância entre eles (b) e sua altura (h) para determinar a zona de transição entre estados. A partir do diagrama de transição, foi possível analisar o comportamento de parâmetros, como o ângulo de contato, a histerese e a fração de contato sólido, nas regiões próximas e distantes da transição. Analisamos como os parâmetros do modelo de Potts interferem na molhabilidade. No estudo da transição de estados, comparamos nosso modelo com o modelo de dinâmica molecular, tendo, assim, resultados coerentes com os resultados experimentais e teóricos encontrados na literatura. E por fim, analisamos como as reentrâncias sobre os pilares influencia na linha de transição.