Керування за допомогою дефектів перемикання поверхні масиву нанодротів ZnO з гідрофобної на гідрофільну: розрахунки із перших принципів

Одним з перспективних напрямків застосування нанодротів є контроль їхньої гідрофобності. Цього можна досягти шляхом модифікації структури та хімічного складу поверхні нанодротів. Одновимірні кристалічні наноструктури, такі як нанодроти, є особливо цікавими для контролю змочуваності, оскільки за допомогою точного налаштування висоти та відстані між нанодротами можна створити ідеальні супергідрофобні поверхні. Нанодроти оксиду цинку ZnO привертають значну увагу завдяки своїм унікальним властивостям для супергідрофобних застосувань. Розуміння взаємодії між молекулами води та поверхнями нанодротів ZnO є ключовим для дослідження їхніх змочувальних властивостей та потенційного використання у гідрофобних або гідрофільних покриттях. У цьому дослідженні за допомогою розрахунків із перших принципів вивчено вплив кристалографічної орієнтації та дефектів на змочуваність нанодротів ZnO, енергетичні рельєфи міграції молекул води по поверхнях нанодротів ZnO. Результати показали, що полярні поверхні нанодротів ZnO проявляють гідрофобні властивості, тоді як неполярні бокові поверхні є гідрофільними. Наявність поверхневих дефектів нанодротів ZnO, таких як вакансії кисню або цинку, не змінює якісно змочуваність поверхонь, але підвищує енергетичні бар'єри цих процесів. Варто відзначити, що щільність нанодротів у масиві, яка регулювалася шляхом зміни відстані між дротами, не є критично важливим параметром, навіть за умови модифікації поверхонь нанодротів ZnO дефектами. Якісний характер змочуваності поверхонь залишається незмінним при зменшенні відстані між дротами, спостерігається лише незначне зростання активаційних енергій. Визначено граничні відстані, на яких молекули води починають взаємодіяти з полярними поверхнями нанодротів ZnO. Результати дослідження поглиблюють розуміння механізмів реверсивної змочуваності нанодротів ZnO.