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Impact Dynamics and Freezing Behavior of Surfactant-Laden Droplets on Non-Wettable Coatings at Subzero Temperatures
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-09-09 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01639 Amir R Esmaeili 1 , Noshin Mir 1 , Reza Mohammadi 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-09-09 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01639 Amir R Esmaeili 1 , Noshin Mir 1 , Reza Mohammadi 1
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The present study investigates the impact and freezing behavior of the droplets of surfactant solutions on non-wettable coatings at very low temperatures of −10 to −30 °C. Our goal is to elucidate the critical role of concentration, molecular weight, and ionic nature of surfactants on these phenomena. To achieve this goal, we used sodium dodecyl sulfate (anionic), hexadecyltrimethylammonium bromide (cationic), and n-decanoyl-n-methylglucamine (nonionic) at four concentrations ranging from 0 to 2 × CMC (critical micelle concentration). We captured the impact-freezing of the droplets on superhydrophobic alkyl ketene dimer coatings using a high-speed camera at 5000 frames per second. The results show that the ability of the droplets to spread and retract on the coatings is a function of concentration, ionic nature, and molecular weight of the surfactants, as well as the temperature-dependent viscosity of the solutions. Additionally, surfactant-laden droplets generally demonstrated an accelerated freezing compared to pure water. This might be due to the fact that the presence of surfactants can promote both heterogeneous ice nucleation from within the liquid and a larger solid–liquid interfacial area by filling the air pockets of the surface, leading to enhanced heat transfer. The behavior of the cationic surfactant at certain concentrations was, however, an exception leading to a freezing delay, for which a mechanism will be proposed.
中文翻译：
零下温度下载有表面活性剂的液滴对不可润湿涂层的冲击动力学和冻结行为
本研究调查了表面活性剂溶液液滴在 -10 至 -30 °C 的极低温度下对不可润湿涂层的影响和冻结行为。我们的目标是阐明表面活性剂的浓度、分子量和离子性质对这些现象的关键作用。为了实现这一目标，我们使用了十二烷基硫酸钠（阴离子）、十六烷基三甲基溴化铵（阳离子）和正癸酰基-n-甲基葡糖胺（非离子），四种浓度范围从 0 到 2 × CMC（临界胶束浓度）。我们使用高速相机以每秒 5000 帧的速度捕获了液滴在超疏水性烷基乙烯酮二聚体涂层上的撞击冻结。结果表明，液滴在涂层上扩散和收缩的能力是表面活性剂的浓度、离子性质和分子量以及溶液随温度变化的粘度的函数。此外，与纯水相比，载有表面活性剂的液滴通常表现出加速冻结。这可能是因为表面活性剂的存在可以通过填充表面的气穴来促进液体内部的异质冰成核和更大的固液界面区域，导致传热增强。然而，阳离子表面活性剂在某些浓度下的行为是导致冻结延迟的一个例外，为此将提出一种机制。
更新日期：2021-09-21
中文翻译：
零下温度下载有表面活性剂的液滴对不可润湿涂层的冲击动力学和冻结行为
本研究调查了表面活性剂溶液液滴在 -10 至 -30 °C 的极低温度下对不可润湿涂层的影响和冻结行为。我们的目标是阐明表面活性剂的浓度、分子量和离子性质对这些现象的关键作用。为了实现这一目标，我们使用了十二烷基硫酸钠（阴离子）、十六烷基三甲基溴化铵（阳离子）和正癸酰基-n-甲基葡糖胺（非离子），四种浓度范围从 0 到 2 × CMC（临界胶束浓度）。我们使用高速相机以每秒 5000 帧的速度捕获了液滴在超疏水性烷基乙烯酮二聚体涂层上的撞击冻结。结果表明，液滴在涂层上扩散和收缩的能力是表面活性剂的浓度、离子性质和分子量以及溶液随温度变化的粘度的函数。此外，与纯水相比，载有表面活性剂的液滴通常表现出加速冻结。这可能是因为表面活性剂的存在可以通过填充表面的气穴来促进液体内部的异质冰成核和更大的固液界面区域，导致传热增强。然而，阳离子表面活性剂在某些浓度下的行为是导致冻结延迟的一个例外，为此将提出一种机制。
京公网安备 11010802027423号