Procesos de mojado y demojado en superficies sólidas planas: gotas y filamentos

En la presente tesis desarrollamos una descripción detallada de la interacción líquido–sólido en problemas de recubrimiento de superficies sólidas planas por la aplicación de películas líquidas delgadas. Para ello utilizamos como prototipo aceites de silicona (polidimetilsiloxanos–PDMS) sobre sustratos de vidrio tratados convenientemente para lograr mojabilidad parcial. Específicamente, describimos la relación entre el ángulo de contacto y el desplazamiento de la línea de contacto a través de ciclos de histéresis estáticos que, a nuestro entender, no han sido reportados en la literatura con suficiente grado de detalle. Esto nos permite definir la existencia de dos pares de ángulos característicos para definir el rango de histéresis estática. Asimismo, estudiamos también la relación entre el ángulo de contacto y la velocidad de la línea de contacto, es decir, la interacción sólido–líquido durante la dinámica de mojado o demojado. Para ello interpretamos nuestros resultados experimentales a través de un modelo físico que combina los efectos hidrodinámicos y los cinético–moleculares. De esta manera, obtenemos una relación constitutiva para nuestro sistema sólido–líquido, la cual gobierna el movimiento de la línea de contacto sobre el sustrato. Cabe destacar que esta ley incluye tanto los procesos de mojado como de demojado, a diferencia de lo reportado usualmente en la bibliografía donde cada proceso se considera por separado. A partir del conocimiento detallado del sistema utilizado se procede a estudiar diferentes configuraciones geométricas de las películas líquidas. En particular, nos enfocamos en gotas con superficie de apoyo no circular, y en filamentos líquidos que se retraen axialmente y se fragmentan en gotas. En el caso de las gotas, estudiamos todos los aspectos geométricos de su forma mediante métodos experimentales, analíticos y numéricos, encontrándose muy buen acuerdo entre los modelos teóricos y/o numéricos con las mediciones de laboratorio. Respecto a los filamentos, estudiamos la dinámica de retracción axial involucrada que conduce a su fragmentación consecutiva en un arreglo lineal de gotas. Esta dinámica es descripta mediante un modelo simple que tiene en cuenta los efectos de histéresis dinámica. Este modelo es validado mediante la comparación de sus predicciones con los resultados experimentales.Fil: Ravazzoli, Pablo Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas; Argentin

Buoyancy and capillary effects on floating liquid lenses

We study the equilibrium shape of a liquid drop resting on top of a liquid surface, i.e., a floating lens. We consider the surface tension forces in nonwetting situations (negative spreading factor), as well as the effects of gravity. We obtain analytical expressions for the drop shape when gravity can be neglected. Perhaps surprisingly, when including gravity in the analysis, we find two different families of equilibrium solutions for the same set of physical parameters. These solutions correspond to drops whose center of mass is above or below the level of the external liquid surface. By means of energetic considerations, we determine the family that has the smallest energy, and therefore is the most probable to be found in nature. A detailed explanation of the geometrical differences between the two types of solutions is providedFil: Ravazzoli, Pablo Damián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física Arroyo Seco; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gonzalez, Alejandro Guillermo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física Arroyo Seco; ArgentinaFil: Diez, Javier Alberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física Arroyo Seco; ArgentinaFil: Stone, H.A.. University of Princeton; Estados Unido

Contact-angle-hysteresis effects on a drop sitting on an incline plane

We study the contact-angle hysteresis and morphology changes of a liquid drop sitting on a solid substrate inclined with respect to the horizontal at an angle α. This one is always smaller than the critical angle, αcrit, above which the drop would start to slide down. The hysteresis cycle is performed for positive and negative α´s (|α|<αcrit), and a complete study of the changes in contact angles, free surface, and footprint shape is carried out. The drop shape is analyzed in terms of a solution of the equilibrium pressure equation within the long-wave model (lubrication approximation). We obtain a truncated analytical solution describing the static drop shapes that is successfully compared with experimental data. This solution is of practical interest since it allows for a complete description of all the drop features, such as its footprint shape or contact angle distribution around the drop periphery, starting from a very small set of relatively easy to measure drop parameters.Fil: Ravazzoli, Pablo Damián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Cuellar Berrio, Ingrith Paola. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gonzalez, Alejandro Guillermo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Diez, Javier Alberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

Self-assembly of a drop pattern from a two-dimensional grid of nanometric metallic filaments

We report experiments, modeling, and numerical simulations of the self-assembly of particle patterns obtained from a nanometric metallic square grid. Initially, nickel filaments of rectangular cross section are patterned on a SiO2 flat surface, and then they are melted by laser irradiation with ∼18-ns pulses. During this time, the liquefied metal dewets the substrate, leading to a linear array of drops along each side of the squares. The experimental data provide a series of SEM images of the resultant morphology as a function of the number of laser pulses or cumulative liquid lifetime. These data are analyzed in terms of fluid mechanical models that account for mass conservation and consider flow evolution with the aim to predict the final number of drops resulting from each side of the square. The aspect ratio, δ, between the square sides' lengths and their widths is an essential parameter of the problem. Our models allow us to predict the δ intervals within which a certain final number of drops are expected. The comparison with experimental data shows a good agreement with the model that explicitly considers the Stokes flow developed in the filaments neck region that lead to breakup points. Also, numerical simulations that solve the Navier-Stokes equations along with slip boundary condition at the contact lines are implemented to describe the dynamics of the problem.Fil: Cuellar Berrio, Ingrith Paola. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ravazzoli, Pablo Damián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Diez, Javier Alberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gonzalez, Alejandro Guillermo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Roberts, Nicholas A.. State University of Utah; Estados UnidosFil: Fowlkes, Jason D.. Oak Ridge National Laboratory; Estados UnidosFil: Rack, Philip D.. Oak Ridge National Laboratory; Estados UnidosFil: Kondic, Lou. New Jersey Institute of Technology; Estados Unido

Wetting and dewetting processes in the axial retraction of liquid filaments

We study the hydrodynamic mechanisms involved in the motion of the contact line formed at the end region of a liquid filament laying on a planar and horizontal substrate. Since the flow develops under partially wetting conditions, the tip of the filament recedes and forms a bulged region (head) that subsequently develops a neck region behind it. Later the neck breaks up leading to a separated drop, while the rest of the filament restarts the sequence. One main feature of this flow is that the whole dynamics and final drop shapes are strongly influenced by the hysteresis of the contact angle typical in most of the liquid-substrate systems. The time evolution till breakup is studied experimentally and pictured in terms of a hybrid wettability theory which involves the Cox-Voinov hydrodynamic approach combined with the molecular kinetic theory developed by Blake. The parameters of this theory are determined for our liquid-substrate system (silicone oil–coated glass). The experimental results of the retracting filament are described in terms of a simple heuristic model and compared with numerical simulations of the full Navier-Stokes equations. This study is of special interest in the context of pulsed laser-induced dewetting.Fil: Ravazzoli, Pablo Damián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Cuellar Berrio, Ingrith Paola. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Gonzalez, Alejandro Guillermo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Diez, Javier Alberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentin

Drop pattern resulting from the breakup of a bidimensional grid of liquid filaments

A rectangular grid formed by liquid filaments on a partially wetting substrate evolves in a series of breakups leading to arrays of drops with different shapes distributed in a rather regular bidimensional pattern. Our study is focused on the configuration produced when two long parallel filaments of silicone oil, which are placed upon a glass substrate previously coated with a fluorinated solution, are crossed perpendicularly by another pair of long parallel filaments. A remarkable feature of this kind of grids is that there are two qualitatively different types of drops. While one set is formed at the crossing points, the rest are consequence of the breakup of shorter filaments formed between the crossings. Here, we analyze the main geometric features of all types of drops, such as shape of the footprint and contact angle distribution along the drop periphery. The formation of a series of short filaments with similar geometric and physical properties allows us to have simultaneously quasi identical experiments to study the subsequent breakups.We develop a simple hydrodynamic model to predict the number of drops that results from a filament of given initial length and width. This model is able to yield the length intervals corresponding to a small number of drops, and its predictions are successfully compared with the experimental data as well as with numerical simulations of the full Navier-Stokes equation that provide a detailed time evolution of the dewetting motion of the filament till the breakup into drops. Finally, the prediction for finite filaments is contrasted with the existing theories for infinite ones.Fil: Cuellar Berrio, Ingrith Paola. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Ravazzoli, Pablo Damián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Diez, Javier Alberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; ArgentinaFil: Gonzalez, Alejandro Guillermo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentin