Total or Partial Pinning of a Droplet on a Surface with a Chemical Discontinuity

(Received 12 July 1994, revised 23 September 1994, accepted 4 November 1994)

Abstract
We present a study of the pinning of a contact line on a surface discontinuity lying on the boundary between two surfaces with different wettabilities. We examine here the case of a non-rectilinear boundary which is the most frequent case as has been shown by AFM. The observation of liquid fronts pinned on the frontier shows different kinds of behaviour: either the liquid follows the exact profile of the boundary even at a small scale, or it is only partially anchored. We propose a theoretical model in the case of a purely sinusoidal boundary, that predicts four different regimes of pinning. The experimental study, which needed the preparation of such model systems, confirmed the main results of the model. In particular, we have shown that the most important parameter is the product of the amplitude of the sinusoid and its wavevector.

Résumé
Nous présentons une étude de l'ancrage d'une ligne de contact sur la discontinuité chimique présente à la frontière entre deux surfaces de mouillabilités différentes. Nous nous intéressons ici au cas d'une frontière non rectiligne ce qui correspond au cas le plus fréquent comme le montrent les images par AFM. L'observation de fronts liquides ancrés sur la frontière montre des comportements très différents : le liquide peut suivre le profil exact de la frontière même à petite échelle, ou bien n'être ancré que très partiellement. Nous proposons un modéle théorique dans le cas d'une limite purement sinusoïdale, qui prédit quatre différents régimes d'ancrage. L'étude expérimentale, qui a nécessité la mise au point d'une méthode d'obtention de telles surfaces, confirme les prédictions du modèle. En particulier, nous montrons que le paramètre important est le produit de l'amplitude de la sinusoïde par le vecteur d'onde.