Wetting on Anisotropically Patterned and Rough Surfaces

Da quando Young nel 1805 descrisse a parole le relazioni trigonometriche tra l’angolo di contatto e le forze agenti su una goccia in equilibrio meccanico su una superficie solida sono stati ottenuti molti progressi nella descrizione di vari aspetti del wetting. Inoltre i progressi degli ultimi anni nel campo della microlavorazione hanno permesso di ottenere in modo semplice superfici con pattern chimici e geometrici assai regolari, su cui è stato possibile testare sperimentalmente le ipotesi dei vari modelli teorici. Oltre a tutti i pattern caratterizzati da una disposizione globalmente isotropa delle asperità, sono stati prodotti pattern costituiti da una serie di strisce e rilievi paralleli gli uni agli altri, introducendo così un elemento anisotropo nel substrato. Negli ultimi anni molti lavori sono stati rivolti alla caratterizzazione del comportamento anisotropo delle gocce su tali substrati. Tuttavia ad oggi non esiste una teoria completa che descriva l’anisotropia di gocce in queste condizioni. Inoltre la maggior parte dei lavori precedenti riguarda lo studio dell’anisotropia su pattern regolari costituiti da canali micrometrici. Per fornire una descrizione generale di quegli aspetti del comportamento anisotropo che sono indipendenti dai dettagli del pattern regolare su scala micrometrica, e per evidenziare l’influenza di diverse bagnabilità della superficie, in questa tesi abbiamo studiato il wetting anisotropo di gocce depositate su singoli rilievi, caratterizzati da una supervicie piana e spigoli vivi, e costruiti con diversi materiali. L’anisotropia è stata quantificata misurando gli angoli di contatto e le dimensioni della base delle gocce nei due principali assi di simetria. Le misure sono state ottenute con un apparato fatto in casa, e il software di analisi è stato interamente sviluppato durante questa tesi. Il risultato principale consiste nel fatto che la differenza tra gli angoli di contatto nelle due direzioni e l’eccentricità di base mostrano la stessa relazione all’interno degli errori sperimentali, indipendentemente dalla bagnabilità del substrato. Queste misure sono state completate tramite simulazioni numeriche per mezzo del metodo Lattice Boltzmann, e che hanno mostrato un buon accordo con i risultati sperimentali. Inoltre abbiamo formulato un semplice modello geometrico, valido per piccoli, che riproduce qualitativamente sia i risultati sperimentali che quelli numerici. Inoltre in questa tesi ho caratterizzato la bagnabilità di sottili film (isotropici) di titania nanostrutturata, mettendola in relazione con le proprietà morfologiche dei substrati stessi.