对于一个特定的液-固体系在某一时刻的平衡状态,Wenzel模型和Cassie-Baxter模型是相互排斥的,不能同时适用。这两种模型为描述液滴在粗糙表面上两种不同的、稳定的(或亚稳定的)状态。一个液滴在同一时刻只能处于其中一种状态,因为一个液滴无法同时实现“全接触"又“部分接触"。
两种状态的关系:竞争与转变
1. 能量竞争关系:
对于一个给定的粗糙表面,液滴处于Wenzel状态和Cassie状态时的系统能量(主要是界面能)是不同的。通常:Wenzel状态往往是全局能量低的稳定态。Cassie状态是局部能量低的亚稳态。
2. 状态之间的转变:
液滴最初落在表面上时,可能处于能量壁垒较低的Cassie状态(尤其是对疏水表面)。但当外界提供足够能量(如压力、振动、电场)克服能垒时,液滴就会从Cassie状态不可逆地塌陷转变为Wenzel状态。
可以通过一个简单的实验来区分液滴处于哪种状态,从而决定适用哪个模型;滚动角测试,将表面倾斜,液滴牢固粘附,难以滚落(即使倾斜90度以上)为Wenzel 模型;表面轻微倾斜(<10°),液滴就轻松滚落,Cassie-Baxter 模型;
显微镜观察,从侧面可看到液滴下方有镜面反射的光亮气层,Cassie-Baxter 模型。