Abnormal Effect of Changing the Wetting Angle in Non-Equilibrium Melt–Solid Metal Systems
| dc.contributor.author | Shtapenko, Eduard Ph. | en |
| dc.contributor.author | Syrovatko, Yuliya V. | en |
| dc.date.accessioned | 2024-12-17T11:33:32Z | |
| dc.date.available | 2024-12-17T11:33:32Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description | E. Shtapenko: ORCID 0000-0001-7046-3578; Yu. Syrovatko: ORCID 0000-0001-5288-0351 | en |
| dc.description.abstract | ENG: The paper deals with the temperature dependence of the contact angle of wetting of a steel substrate with a liquid tin. The experiment shows that the wetting angle is decreased as the temperature rose, and the wettability of this system is improved. However, with the further increase in temperature, the contact angle is increased again that is an abnormal phenomenon. To explain this phenomenon and the process of contact-angle formation in general, we propose the quantum mechanical model based on the Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) conception. In this case, interaction of the melt ions with the substrate atoms is considered indirectly through the formation of a potential barrier with the linear dimensions determined by both the ratio of masses of the atoms of interacting metals and the temperature. From the WKB standpoint, at low temperatures, when the kinetic energy of a generalized particle with the reduced mass is less than the potential barrier, the wave function decays rapidly and, accordingly, the contact angle does not actually change. Quantitative and qualitative changes appear, when the kinetic energy of particles with the reduced mass exceeds the positive barrier values because of increase in temperature. Following the WKB conception, passage or reflection of a particle with the reduced mass over the barrier is determined by the integer or half-integer ratio of the de Broglie wavelength and linear dimensions of the potential barrier. Therefore, qualitative changes in the system, i.e., the wetting threshold and abnormal increase in the contact angle, are described by the processes associated with passage or reflection of a particle with the reduced mass over the barrier. Experimental and theoretical curves of dependences of both the contact angle and the work of adhesion versus temperature show similar dynamics. | en |
| dc.description.abstract | UKR: В роботі досліджено залежність крайового кута змочування рідким оливом підкладинки із криці від температури. У ході експерименту виявлено, що крайовий кут зменшується з підвищенням температури і поліпшується змочуваність даної системи. Однак з подальшим підвищенням температури крайовий кут знову збільшується, що є аномальним явищем. Для пояснення цього феномена, а також процесу формування крайового кута в цілому було запропоновано квантово-механічний модель, заснований на уявленнях Вентцеля–Крамерса–Бріллюена (ВКБ). У цьому випадку взаємодія йонів розтопу з атомами підкладинки розглядається опосередковано через формування потенціяльного бар’єра, лінійні розміри якого визначаються співвідношенням мас атомів взаємодійних металів і температурою. З позицій ВКБ за низьких температур, коли кінетична енергія усередненої частинки зі зведеною масою менша за величину потенціяльного бар’єра, відбувається швидке згасання хвильової функції і, відповідно, зміна крайового кута практично не відбувається. Кількісні та якісні зміни з’являються, коли кінетична енергія частинок зі зведеною масою перевищує значення позитивного бар’єра внаслідок підвищення температури. Відповідно до ВКБ-уявлень, проходження або відбивання частинки зі зведеною масою над бар’єром визначається цілим або напівцілим співвідношенням довжини де Бройлевої хвилі та лінійних розмірів потенціяльного бар’єра. Таким чином, якісні зміни в системі, такі як поріг змочування й аномальне збільшення крайового кута, описуються процесами, пов’язаними з проходженням або відбиванням частинки зі зведеною масою над бар’єром. Криві залежностей крайового кута та роботи адгезії від температури, побудовані експериментально та теоретично, мають подібну динаміку. | uk_UA |
| dc.description.sponsorship | Dnipropetrovs’k Branch of the State Institution ‘Soils Protection Institute of Ukraine’, Dnipro, Ukraine | en |
| dc.identifier.citation | Shtapenko E. P., Syrovatko Yu.V. Abnormal Effect of Changing the Wetting Angle in Non-Equilibrium Melt–Solid Metal Systems. Metallophysics and Advanced Technologies. 2024. Vol. 46, No. 8. P. 717–737. DOI: https://doi.org/10.15407/mfint.46.08.0717. | en |
| dc.identifier.doi | https://doi.org/10.15407/mfint.46.08.0717 | en |
| dc.identifier.issn | 1024-1809 (Print) | |
| dc.identifier.issn | 2617-1511 (Online) | |
| dc.identifier.uri | https://mfint.imp.kiev.ua/ua/toc/v46/i08.html | en |
| dc.identifier.uri | https://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/19320 | en |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics of the N.A.S. of Ukraine, Kyiv | en |
| dc.subject | temperature dependence of wetting angle | en |
| dc.subject | work of adhesion | en |
| dc.subject | passage of a particle over the potential barrier | en |
| dc.subject | reflection of the particle from the potential barrier | en |
| dc.subject | de Broglie wave | en |
| dc.subject | quantum number | en |
| dc.subject | температурна залежність кута змочування | uk_UA |
| dc.subject | робота адгезії | uk_UA |
| dc.subject | проходження частинки над потенціяльним бар’єром | uk_UA |
| dc.subject | відбивання частинки від потенціяльного бар’єра | uk_UA |
| dc.subject | де Бройлева хвиля | uk_UA |
| dc.subject | квантове число | uk_UA |
| dc.subject | КПМ ДІІТ | uk_UA |
| dc.subject.classification | TECHNOLOGY::Materials science | en |
| dc.title | Abnormal Effect of Changing the Wetting Angle in Non-Equilibrium Melt–Solid Metal Systems | en |
| dc.title.alternative | Аномальний ефект зміни кута змочування в нерівноважних системах розтоп–твердий метал | uk_UA |
| dc.type | Article | en |