Обезвоживание - Dewetting

В механика жидкости, обезвоживание является одним из процессов, которые могут происходить в твердом-жидком, твердом-твердом[1] или жидкость – жидкость интерфейс. Как правило, обезвоживание описывает процесс втягивания жидкости с несмачиваемой поверхности, которую она была вынуждена покрывать. Противоположный процесс - растекание жидкости по подложке - называется смачивание. Фактором, определяющим самопроизвольное растекание и осушение капли жидкости, помещенной на твердую подложку с окружающим газом, является так называемый коэффициент распространения S:

Диаграмма поверхностного натяжения капли жидкости на твердой подложке. Поверхность жидкости имеет форму сферическая крышка, из-за Давление Лапласа

куда твердо-газовый поверхностное натяжение, - поверхностное натяжение твердого тела и жидкости, а - поверхностное натяжение жидкость-газ (измеренное для сред до того, как они вступят в контакт друг с другом).

Когда происходит самопроизвольное распространение, а если наблюдается частичное смачивание, то есть жидкость лишь частично покрывает субстрат.[2]

Равновесие угол контакта определяется из Уравнение Юнга-Лапласа.

Распространение и обезвоживание - важные процессы для многих приложений, в том числе адгезия, смазка, покраска, 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.[3]

Поверхностно-активные вещества могут оказывать значительное влияние на коэффициент растекания. Когда поверхностно-активное вещество добавлено, его амфифильные свойства делают его более энергетически выгодным для миграции на поверхность, 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 поверхностью раздела, свободная энергия системы уменьшается одновременно с уменьшением поверхностного натяжения, что в конечном итоге приводит к тому, что система становится полностью смачивание.

В биологии, по аналогии с физикой обезвоживания жидкости, процесс образования туннелей через эндотелиальные клетки получил название клеточное обезвоживание.

Осушение полимерных тонких пленок

В большинстве исследований по обезвоживанию тонкий полимер фильм спиннинг на подложку. Даже в случае пленка не смачивается сразу, если она находится в метастабильном состоянии, например если температура ниже температура стеклования полимера. Отжиг такой метастабильной пленки выше ее температуры стеклования увеличивает подвижность молекул полимерной цепи и имеет место обезвоживание.[4][5]

Процесс обезвоживания происходит за счет зарождения и роста случайно сформированных дырок, которые сливаются, образуя сеть нитей, прежде чем разбиться на капли.[6] 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 случайно 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 тонкая (в диапазоне 100 нм (4×10−6 в многоугольник сеть связанных нитей материала образуется, как Узор Вороного полигонов. 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, сформированное в пленке полистирола толщиной 100 нм. Синий цвет пленки обусловлен Структурная окраска и зависит от толщины пленки.

  • AFM высотный профиль кромки осушающего отверстия. 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 путем слияния осушающих отверстий.

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

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

Осушение тонких металлических пленок

Осушение тонких металлических 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.[7] 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.[8] 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.

Рекомендации

  1. ^ Leroy, F .; Боровик, Ł .; Cheynis, F .; Almadori, Y .; Curiotto, S .; Trautmann, M .; Barbé, J.C .; Мюллер, П. (2016). «Как контролировать твердофазное обезвоживание: краткий обзор». Отчеты по науке о поверхности. 71 (2): 391. Дои:10.1016 / j.surfrep.2016.03.002.
  2. ^ Розен, Милтон Дж. (2004). Поверхностно-активные вещества и межфазные явления (3-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Interscience. п. 244. ISBN  978-0-471-47818-8. OCLC  475305499.
  3. ^ Кэрролл, Грегори Т .; Турро, Николас Дж .; Коберштейн, Джеффри Т. (2010) Узорчатое обезвоживание тонких полимерных пленок с помощью пространственно-направленного фотосшивания Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 351, стр. 556-560 Дои:10.1016 / j.jcis.2010.07.070
  4. ^ Леру, Фредерик; Кампань, Кристина; Первуэльс, Энн; Генгембр, Леон (2008). «Химические и физические модификации полипропиленовой пленки путем плазменной обработки диэлектрического барьерного разряда при атмосферном давлении». Журнал коллоидной и интерфейсной науки. 328 (2): 412–20. Bibcode:2008JCIS..328..412L. Дои:10.1016 / j.jcis.2008.09.062. PMID  18930244.
  5. ^ Карапанайотис, Иоаннис; Герберих, Уильям В. (2005). «Разрыв полимерной пленки по сравнению с выравниванием и обезвоживанием». Наука о поверхности. 594 (1–3): 192–202. Bibcode:2005СурСк.594..192К. Дои:10.1016 / j.susc.2005.07.023.
  6. ^ Райтер, Гюнтер (1992-01-06). «Осушение тонких полимерных пленок». Письма с физическими проверками. 68 (1): 75–78. Дои:10.1103 / PhysRevLett.68.75. PMID  10045116.
  7. ^ Песня, Боуэн; Бертей, Антонио; Ван, Синь; Купер, Сэмюэл Дж .; Руис-Трехо, Энрике; Чоудхури, Ридванур; Подор, Рено; Брэндон, Найджел П. (апрель 2019 г.). «Раскрытие механизмов твердотельного обезвоживания в твердооксидных ячейках с новыми 2D-электродами». Журнал источников энергии. 420: 124–133. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2019.02.068.
  8. ^ Песня, Боуэн; Бертей, Антонио; Ван, Синь; Купер, Сэмюэл Дж .; Руис-Трехо, Энрике; Чоудхури, Ридванур; Подор, Рено; Брэндон, Найджел П. (2019). «Видео по обезвоживанию состояния никеля на месте». Дои:10.5281 / zenodo.2546395. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка