Influences of polarity and hydration cycles on imbibition hysteresis in silica nanochannels

文献情報

出版日 2017-11-14
DOI 10.1039/C7CP05833K
インパクトファクター 3.676
著者

Carlos Torres-Verdín, Matthew T. Balhoff


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要旨

Spontaneous liquid imbibition is a dominant mechanism for moving fluids in confinements with extremely high hydrodynamic resistance; i.e. nanopores. We demonstrate the impact of hydrophilicity and liquid polarity on nanoscale imbibition with dynamic measurements of the uptake of water–isopropanol (polar) and heptane (nonpolar) within 2D glass–silica nanochannels exposed to varied drying conditions and rehydration (rehydroxylation) cycles. The Lucas–Washburn equation, which does not consider interfacial fluidity effects, predicts that water–IPA and heptane should imbibe at similar speeds. However, we observed stymied and hysteretic water–IPA imbibition trends explained by extremely large contact line friction and increased effective viscosity, both surface chemistry-dependent, whereupon the results match a modified version of the Lucas–Washburn equation that accounts for dynamic wetting. In contrast, heptane imbibition, though still slower than the Lucas–Washburn equation prediction, was fairly insensitive to drying history and an order of magnitude faster than the polar mixture. The imbibition of aqueous solutions in analogous siliceous nanoporous materials and structures, ubiquitous in earth science and nanotechnology, may also be subject to hysteretic and large energy dissipation at contact lines and interfaces on account of hydrophilicity.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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