Dewetting - Dewetting
V mechaniky tekutin , dewetting je jedním ze způsobů, které mohou nastat u tuhých látek a kapalin, pevná látka-pevná látka nebo kapalina-kapalina rozhraní . Dewetting obecně popisuje proces zatahování tekutiny z nezmáčitelného povrchu, který byl nucen pokrýt. Opačný proces - šíření kapaliny na substrát - se nazývá smáčení . Faktorem určujícím spontánní šíření a odvlhčování kapky kapaliny umístěné na pevném podkladu s okolním plynem je takzvaný rozmetací koeficient S:
kde je povrchové napětí v pevné látce , je povrchové napětí v pevné látce a v kapalině a je povrchové napětí v kapalném plynu (měřeno pro média před jejich vzájemným kontaktem).
Když dojde k samovolnému šíření, a pokud je pozorováno částečné smáčení, znamená to, že kapalina pokryje substrát pouze do určité míry.
Rovnovážný kontaktní úhel je určen z Young-Laplaceovy rovnice .
Rozmetání a odvlhčení jsou důležité procesy pro mnoho aplikací, včetně adheze , mazání , lakování, tisku a ochranného nátěru. Pro většinu aplikací je dewetting nežádoucí proces, protože ničí aplikovaný kapalný film.
Dewetting může být inhibován nebo mu může být zabráněno fotosíťováním tenkého filmu před žíháním nebo začleněním přísad nanočástic do filmu.
Povrchově aktivní látky mohou mít významný vliv na koeficient šíření. Když je přidána povrchově aktivní látka, její amfifilní vlastnosti způsobují, že je energeticky příznivější migrovat na povrch, což snižuje mezipovrchové napětí a tím zvyšuje koeficient šíření (tj. Zvyšuje pozitivitu S). Vzhledem k tomu, že se do rozhraní absorbuje více molekul povrchově aktivní látky, klesá volná energie systému v tandemu s poklesem povrchového napětí, což nakonec způsobí úplné zvlhčení systému .
V biologii, analogicky s fyzikou kapalného odvlhčování, byl proces tvorby tunelu endotelovými buňkami označován jako buněčné odvlhčování .
Dewetting polymerních tenkých vrstev
Ve většině studií dewettingu je tenký polymerový film litý na substrát. I v případě filmu nedochází k okamžitému odkapávání, pokud je v metastabilním stavu, např. Pokud je teplota pod teplotou skelného přechodu polymeru. Žíhání takového metastabilního filmu nad jeho teplotu skelného přechodu zvyšuje pohyblivost molekul polymerního řetězce a dochází k odvlhčování.
Proces odvlhčování probíhá nukleací a růstem náhodně vytvořených otvorů, které se spojí a vytvoří síť vláken, než se rozpadnou na kapičky. Při startu z kontinuálního filmu se vytvoří nepravidelný vzor kapiček. Velikost kapiček a rozteč kapek se mohou měnit v řádu několika řádků, protože dewetting začíná od náhodně vytvořených otvorů ve filmu. Mezi suchými skvrnami, které se vyvíjejí, není prostorová korelace. Tyto suché skvrny rostou a materiál se hromadí na okraji obklopujícím rostoucí otvor. V případě, že zpočátku homogenní film je tenký (v rozsahu 100 nm (4 × 10 −6 in)), vytvoří se polygonová síť spojených řetězců materiálu, jako Voronoiho vzor polygonů. Tyto řetězce se pak mohou rozpadnout na kapičky, což je proces známý jako Plateau-Rayleighova nestabilita . Při jiné tloušťce filmu lze pozorovat další komplikované vzory kapiček na substrátu, které pramení z prstové nestability rostoucího okraje kolem suché skvrny.
Kruhový otvor vytvořený ve 100 nm silném filmu z polystyrenu. Modrá barva filmu je způsobena strukturním zbarvením a závisí na tloušťce filmu.
Výškový profil AFM okraje odvlhčovací díry. Všimněte si, že materiál, který je odstraněn odvlhčením, se hromadí na okraji kolem otvoru; počáteční tloušťka filmu (výška): 100 nm.
Voronoiův mozaikový vzor polygonů dosažený koalescencí odvlhčovacích otvorů.
Je-li dostatek času, tato síť polygonů se rozpadá na samostatné kapičky.
Nestabilita ráfku v případě silnějšího (200 nm) polystyrenového filmu.
.jpg)
Odvlhčování kovových tenkých vrstev
Dewetting kovových tenkých vrstev v pevné fázi popisuje transformaci tenkého filmu na energeticky výhodnou sadu kapiček nebo částic při teplotách hluboko pod teplotou tání. Hnací silou pro odvlhčení je minimalizace celkové energie volných povrchů filmu a substrátu, jakož i rozhraní filmu a substrátu. Vyhrazený ohřívací stupeň v SEM byl široce používán k přesné regulaci teploty vzorku pomocí termočlánku ke sledování chování materiálu na místě a lze jej zaznamenat jako video formát. Mezitím lze přímo pozorovat a charakterizovat dvourozměrnou morfologii. tj. částečně dewetted Ni film je sám o sobě proveditelnou palivovou elektrodou pro SOC, protože poskytuje dlouhé linky TPB, pokud je struktura dostatečně jemná, pro charakterizaci SOFC lze použít konektivitu fází niklu a pórů a linek TPB.
