Обезвоживание - Dewetting

В механике жидкости , осушки является одним из процессов , которые могут возникнуть в твердое тело-жидкость, твердое вещество-твердое или жидкость-жидкость интерфейс . Как правило, обезвоживание описывает процесс отвода жидкости от несмачиваемой поверхности, которую она была вынуждена покрывать. Противоположный процесс - растекание жидкости по подложке - называется смачиванием . Фактором, определяющим самопроизвольное растекание и осушение капли жидкости, помещенной на твердую подложку с окружающим газом, является так называемый коэффициент растекания S:

Диаграмма поверхностного натяжения капли жидкости на твердой подложке. Поверхность жидкости имеет форму сферической крышки из-за давления Лапласа.

${\ displaystyle S \ = \ gamma _ {\ text {SG}} - \ gamma _ {\ text {SL}} - \ gamma _ {\ text {LG}}}$

где это твердое вещество-газ , поверхностное натяжение , представляет собой твердое тело-жидкость поверхностного натяжения и поверхностное натяжение жидкости-газа (измеренное для сред , прежде чем они вступают в контакте друг с другом). ${\ displaystyle \ gamma _ {\ text {SG}}}$${\ displaystyle \ gamma _ {\ text {SL}}}$${\ displaystyle \ gamma _ {\ text {LG}}}$

Когда происходит самопроизвольное растекание, и если наблюдается частичное смачивание, это означает, что жидкость лишь частично покрывает субстрат. ${\ displaystyle S> 0}$${\ Displaystyle S <0}$

Равновесный краевой угол определяется из уравнения Юнга-Лапласа . ${\ displaystyle \ theta _ {\ text {c}}}$

Распространение и обезвоживание являются важными процессами для многих применений, включая адгезию , смазку , окраску, печать и защитное покрытие. В большинстве случаев обезвоживание - нежелательный процесс, поскольку он разрушает нанесенную жидкую пленку.

Смачивание можно подавить или предотвратить путем фотошивки тонкой пленки перед отжигом или путем включения в пленку добавок наночастиц.

Поверхностно-активные вещества могут оказывать значительное влияние на коэффициент растекания. Когда добавляется поверхностно-активное вещество, его амфифильные свойства делают его более энергетически выгодным для миграции к поверхности, уменьшая межфазное натяжение и, таким образом, увеличивая коэффициент растекания (т.е. делая S более положительным). По мере того как больше молекул поверхностно-активного вещества поглощается границей раздела, свободная энергия системы уменьшается одновременно с уменьшением поверхностного натяжения, что в конечном итоге приводит к полному смачиванию системы .

В биологии, по аналогии с физикой обезвоживания жидкости, процесс образования туннелей через эндотелиальные клетки был назван клеточным обезвоживанием .

Осушение полимерных тонких пленок

В большинстве исследований по обезвоживанию тонкая полимерная пленка отливается на подложку центрифугированием . Даже в том случае, если пленка не смачивается немедленно, если она находится в метастабильном состоянии, например, если температура ниже температуры стеклования полимера. Отжиг такой метастабильной пленки выше температуры стеклования увеличивает подвижность молекул полимерной цепи и имеет место обезвоживание. ${\ Displaystyle S <0}$

Процесс обезвоживания происходит за счет зарождения и роста случайно сформированных отверстий, которые сливаются, образуя сеть нитей, прежде чем разбиться на капли. При переходе от сплошной пленки образуется неправильный узор из капель. Размер капель и расстояние между ними могут изменяться на несколько порядков, поскольку обезвоживание начинается с произвольно образованных отверстий в пленке. Между развивающимися сухими пятнами нет пространственной корреляции. Эти сухие участки разрастаются, и материал накапливается в ободе, окружающем отверстие для выращивания. В случае, когда изначально однородная пленка является тонкой (в диапазоне 100 нм (4 × 10 ^{-6 дюймов}  )), образуется многоугольная сеть связанных цепочек материала, как узор Вороного из многоугольников. Затем эти струны могут распасться на капли, и этот процесс известен как неустойчивость Плато-Рэлея . При другой толщине пленки могут наблюдаться другие сложные рисунки капель на подложке, которые возникают из-за нестабильности аппликатуры растущего края вокруг сухого пятна.

• 

  Круглое отверстие в пленке полистирола толщиной 100 нм. Синий цвет пленки обусловлен структурной окраской и зависит от толщины пленки.

• 

  Профиль высоты кромки осушающего отверстия AFM . Обратите внимание на то, что материал, удаляемый в результате обезвоживания, накапливается на ободе вокруг отверстия; начальная толщина (высота) пленки: 100 нм.

• 

  Тесселяционный узор Вороного из многоугольников, полученный слиянием осушающих отверстий.

• 

  Если дать достаточно времени, эта сеть полигонов распадается на отдельные капли.

• 

  Нестабильность обода в случае более толстой (200 нм) пленки полистирола.

Осушение тонких металлических пленок

Осушение металлических тонких пленок в твердом состоянии описывает преобразование тонкой пленки в энергетически выгодный набор капель или частиц при температурах значительно ниже точки плавления. Движущей силой обезвоживания является минимизация полной энергии свободных поверхностей пленки и подложки, а также границы раздела пленка-подложка. Специальная ступень нагрева в SEM широко используется для точного контроля температуры образца с помощью термопары для наблюдения за поведением материала на месте и может быть записана в видеоформате. Между тем, двумерную морфологию можно непосредственно наблюдать и охарактеризовать. т.е. Частично осушенная пленка Ni сама по себе является рабочим топливным электродом для SOC, поскольку она обеспечивает длинные линии TPB, если структура достаточно тонкая, связь между фазами никеля и пор, а также линии TPB могут использоваться для определения характеристик ТОТЭ.

использованная литература

внешние ссылки