對于一個特定的液-固體系在某一時刻的平衡狀態,Wenzel模型和Cassie-Baxter模型是相互排斥的,不能同時適用。這兩種模型為描述液滴在粗糙表面上兩種不同的、穩定的(或亞穩定的)狀態。一個液滴在同一時刻只能處于其中一種狀態,因為一個液滴無法同時實現“全接觸"又“部分接觸"。
兩種狀態的關系:競爭與轉變
1. 能量競爭關系:
對于一個給定的粗糙表面,液滴處于Wenzel狀態和Cassie狀態時的系統能量(主要是界面能)是不同的。通常:Wenzel狀態往往是全局能量低的穩定態。Cassie狀態是局部能量低的亞穩態。
2. 狀態之間的轉變:
液滴最初落在表面上時,可能處于能量壁壘較低的Cassie狀態(尤其是對疏水表面)。但當外界提供足夠能量(如壓力、振動、電場)克服能壘時,液滴就會從Cassie狀態不可逆地塌陷轉變為Wenzel狀態。
可以通過一個簡單的實驗來區分液滴處于哪種狀態,從而決定適用哪個模型;滾動角測試,將表面傾斜,液滴牢固粘附,難以滾落(即使傾斜90度以上)為Wenzel 模型;表面輕微傾斜(<10°),液滴就輕松滾落,Cassie-Baxter 模型;
顯微鏡觀察,從側面可看到液滴下方有鏡面反射的光亮氣層,Cassie-Baxter 模型。