【摘要】 本研究通过分子动力学模拟与实验对比，揭示吸附能密度作为纳米级润湿性新标准的核心价值。探讨微观液滴形态演变规律，为微流控技术提供理论支撑。

在宏观世界中，液体在固体表面的形态受重力主导，形成肉眼可见的水坑状结构。但当液体体积缩小至纳米尺度时，表面张力主导的微观效应开始显现。最新研究表明，传统接触角测量法在该尺度下出现显著偏差，促使科学家们重新定义润湿性度量标准。

 

微观液滴形态的颠覆性发现

通过分子动力学模拟与原子力显微镜联用，研究团队对玻璃基底上的癸烷液滴进行了跨5个数量级（10²-10⁷ nm³）的系统观测。图1(a)展示的30nm高模拟液滴与图1(b)实测形貌高度吻合（alt="纳米级癸烷液滴模拟与实测对比图"），其截面分析（图1(c)）揭示了传统球形近似模型的局限性

纳米级癸烷液滴模拟与实测对比图

图1 纳米尺度液滴形貌:实验与模拟

 

传统模型的纳米级失效

当液滴高度降至2nm时（图1(d)），前驱体膜等微观现象显著影响形态（alt="纳米液滴截面形态对比图"）。研究团队创新采用第一类贝塞尔函数四阶拟合，精确重构三维表面形貌。数据分析显示（图2），传统球形模型会系统性低估53%的接触面积。

纳米液滴截面形态对比图

图2 液滴的几何缩放:系统地偏离球形

 

吸附能度量新标准

该研究提出吸附能密度作为纳米润湿性核心指标（关键词：吸附能度量），其优势在于：

1.兼容线张力等微观效应

2.实现跨尺度测量统一

3.准确反映固液界面亲和力

研究负责人Giro表示："这项突破为微流控芯片、纳米涂层等前沿领域提供了关键度量工具（关键词：液固相互作用技术应用）。"

 

技术应用与未来展望

目前该团队正将方法拓展至金属/高分子体系，致力于建立普适性纳米润湿标准数据库。此项成果已被《科学报告》收录（DOI: 10.1038/s41598-017-04140-7），为纳米技术标准化奠定理论基础。

 

参考文献：1.Giro, R.;  Bryant, P. W.;  Engel, M.;  Neumann, R. F.; Steiner, M. B., Adsorption energy as a metric for wettability at the nanoscale. Sci. Rep. 2017, 7 （1）, 46317.

 

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