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  5. Wettability-defined droplet imbibition in ceramic mesopores
 
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2020
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Wettability-defined droplet imbibition in ceramic mesopores

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Hauptpublikation
38_TU-Prints_Wettability-defined droplet imbibition in ceramic mesopores.pdf
Urheberrechtlich geschützt
Format: Adobe PDF
Size: 779.42 KB
TUDa URI
tuda/9019
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-217445
DOI
10.26083/tuprints-00021744
Autor:innen
Khalil, Adnan ORCID 0000-0002-6558-0128
Schäfer, Felix
Postulka, Niels
Stanzel, Mathias
Biesalski, Markus ORCID 0000-0001-6662-0673
Andrieu-Brunsen, Annette ORCID 0000-0002-3850-3047
Kurzbeschreibung (Abstract)

Wettability-defined liquid infiltration into porous materials in nature and several industrial applications is of fundamental interest. Direct observation of wetting-controlled imbibition in mesopores is anticipated to deliver important insights into the interplay between nanoconfined liquid movement and nanoscale wettability. We present a systematic study of water imbibition into mesoporous silica thin films with wetting properties precisely adjusted through chemical functionalization. We observe the liquid infiltration, resulting in an imbibition ring around the water droplet, by top-view imaging using a camera with collimated coaxial illumination. With decreasing hydrophilicity, the maximum imbibition area around the droplet decreases, accompanied by a simultaneous change in the imbibition kinetics and imbibition mechanism. Initially, the imbibition kinetics follow a modified Lucas–Washburn law that considers a strong influence of evaporation. However, with increasing imbibition time after reaching constant imbibition ring dimensions, the imbibition area starts to increase again, causing a deviation from the applied model. This observation is ascribed to water-mediated surface activation at the imbibition front, leading to a slightly increased wettability, which is also confirmed by water adsorption measurements. Furthermore, recently described spontaneous condensation-evaporation imbalances that cause oscillations of the imbibition front could be verified and were studied with regard to changing wetting properties. By increasing the contact angle of the material and therefore the partial pressure needed for capillary condensation, the amplitude of the imbibition front oscillations decreases. These results provide insights into the wettability-defined complex movement of water in mesoporous structures, which has practical implications, e.g., for nano/microfluidic devices and water purification or harvesting.

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Makromolekulare Chemie
Forschungsprojekte und Grants
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich A: Generische Experimente > A05: Benetzung und Transport auf quellbaren, oberflächen-immobilisierten Polymerbürsten und Polymernetzwerken
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich C: Neue und verbesserte Anwendungen > C04: Dynamische Benetzungssteuerung und der Einfluss auf ionischen Stofftransport in mesoporöse Filme
Forschungs- und xchange Profil
Profilbereiche > Thermo-Fluids & Interfaces
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Nanoscale
Jahrgang der Zeitschrift
12
Heftnummer der Zeitschrift
47
ISSN
2040-3372
Verlag
Royal Society of Chemistry
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2020
Verlags-DOI
10.1039/D0NR06650H
PPN
503431710

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