Кіріспе
Сұйықтың беттен кері тартылуы – сұйықтықты жабуға мәжбүрленген жағдай. Сұйық механикасында, ылғалдану – қатты-сұйық, қатты-қатты немесе сұйық-сұйық интерфейсінде жүзеге асатын процестердің бірі. Жалпы, ылғалдану – сұйықтың ылғалданбайтын беттен кері тартылу процесін сипаттайды. Субстратқа сұйықтың таралуына қарама-қарсы процесс – ылғалдану деп аталады. Қоршаған газбен қатты субстратқа қойылған сұйық тамшысының өздігінен таралуын және ылғалдануын анықтайтын фактор – таралу коэффициенті S:
In fluid mechanics, dewetting is one of the processes that can occur at a solid–liquid, solid–solid or liquid–liquid interface. Generally, dewetting describes the process of retraction of a fluid from a non wettable surface it was forced to cover. The opposite process—spreading of a liquid on a substrate—is called wetting. The factor determining the spontaneous spreading and dewetting for a drop of liquid placed on a solid substrate with ambient gas, is the so called spreading coefficient S:
where is the solid gas surface tension, is the solid liquid surface tension and is the liquid gas surface tension (measured for the mediums before they are brought in contact with each other). When S > 0, the spontaneous spreading occurs, and if S < 0, partial wetting is observed, meaning the liquid will only cover the substrate to some extent. The equilibrium contact angle is determined from the Young–Laplace equation. Spreading and dewetting are important processes for many applications, including adhesion, lubrication, painting, printing, and protective coating. For most applications, dewetting is an unwanted process, because it destroys the applied liquid film. Dewetting can be inhibited or prevented by photocrosslinking the thin film prior to annealing, or by incorporating nanoparticle additives into the film. Surfactants can have a significant effect on the spreading coefficient. When a surfactant is added, its amphiphilic properties cause it to be more energetically favorable to migrate to the surface, decreasing the interfacial tension and thus increasing the spreading coefficient (i. e. making S more positive). As more surfactant molecules are absorbed into the interface, the free energy of the system decreases in tandem to the surface tension decreasing, eventually causing the system to become completely wetting. In biology, by analogy with the physics of liquid dewetting, the process of tunnel formation through endothelial cells has been referred to as cellular dewetting.
мұнда – қатты газдың беттік кернеуі, – қатты сұйықтың беттік кернеуі және – сұйық газдың беттік кернеуі (олар бір-бірімен жанасқанға дейін өлшенген). Егер S > 0 болса, өздігінен таралу жүреді, ал егер S < 0 болса, ішінара ылғалдану байқалады, яғни сұйық субстратты белгілі бір деңгейде ғана жабады. Тепе-теңдік контакт бұрышы Янг-Лаплас теңдеуі арқылы анықталады. Тарату және ылғалдану көптеген қолданулар үшін маңызды процестер болып табылады, оның ішінде: адгезия, майлау, бояу, басып шығару және қорғау қаптамасы. Көптеген қолданулар үшін ылғалдану қажет емес процесс, себебі ол жағылған сұйық қабықшаны бұзады. Ылғалдануды фото байланыстыру арқылы жұқа қабықшаны қыздыру алдында немесе қабықшаға нанобөлшектер қосып тежеуге немесе болдырмауға болады. Беттік белсенді заттар таралу коэффициентіне елеулі әсер ете алады. Егер беттік белсенді зат қосылса, оның амфифильді қасиеттері оны бетке көшуге энергиялық тұрғыдан тиімді етеді, бұл интерфейстік кернеуді төмендетеді және осылайша таралу коэффициентін арттырады (яғни S-тің мәнін оңтайлы етеді). Интерфейске көбірек беттік белсенді молекулалар сіңірілген сайын, жүйенің еркін энергиясы беттік кернеудің төмендеуімен бірге төмендейді, соңында жүйені толығымен ылғалды етеді. Биологияда, сұйық ылғалдану физикасымен салыстыра отырып, эндотелий жасушалары арқылы туннельдің қалыптасу процесі жасушалық ылғалдану деп аталады.
In fluid mechanics, dewetting is one of the processes that can occur at a solid–liquid, solid–solid or liquid–liquid interface. Generally, dewetting describes the process of retraction of a fluid from a non wettable surface it was forced to cover. The opposite process—spreading of a liquid on a substrate—is called wetting. The factor determining the spontaneous spreading and dewetting for a drop of liquid placed on a solid substrate with ambient gas, is the so called spreading coefficient S:
where is the solid gas surface tension, is the solid liquid surface tension and is the liquid gas surface tension (measured for the mediums before they are brought in contact with each other). When S > 0, the spontaneous spreading occurs, and if S < 0, partial wetting is observed, meaning the liquid will only cover the substrate to some extent. The equilibrium contact angle is determined from the Young–Laplace equation. Spreading and dewetting are important processes for many applications, including adhesion, lubrication, painting, printing, and protective coating. For most applications, dewetting is an unwanted process, because it destroys the applied liquid film. Dewetting can be inhibited or prevented by photocrosslinking the thin film prior to annealing, or by incorporating nanoparticle additives into the film. Surfactants can have a significant effect on the spreading coefficient. When a surfactant is added, its amphiphilic properties cause it to be more energetically favorable to migrate to the surface, decreasing the interfacial tension and thus increasing the spreading coefficient (i. e. making S more positive). As more surfactant molecules are absorbed into the interface, the free energy of the system decreases in tandem to the surface tension decreasing, eventually causing the system to become completely wetting. In biology, by analogy with the physics of liquid dewetting, the process of tunnel formation through endothelial cells has been referred to as cellular dewetting.
Полимерлі жұқа қабаттарды судан тазарту
Көптеген ылғалдануды зерттеулерде жұқа полимерлік қабықша субстратқа айналдырылып құйылады. Тіпті қабықша метастабильді күйде болса, мысалы, температура полимердің шыныға түсу температурасынан төмен болса, ол бірден ылғалданбайды. Мұндай метастабильді қабықшаны шыныға түсу температурасынан жоғары қыздыру полимерлік тізбек молекулаларының жылдамдығын арттырады және ылғалдану процесі жүзеге асады. Ылғалдану процесі кездейсоқ пайда болған тесіктердің түзілуі мен өсуі арқылы жүреді, олар тамшыларға бөлінуге дейін талшықтардың желісін құру үшін бірігеді. Ұзын, үздіріссіз қабықшадан бастағанда, тамшылардың дұрыс емес пішіні қалыптасады. Тамшылардың мөлшері мен арақашықтығы бірнеше рет өзгеруі мүмкін, себебі ылғалдану қабықшадағы кездейсоқ пайда болған тесіктерден басталады. Құрғақ дақтар арасында кеңістіктік байланыс жоқ. Бұл құрғақ дақтар өсіп, материал өсіп жатқан тесіктің шетіне жиналады. Бастапқыда біртекті қабықша жұқа болған жағдайда (100 нм шамасында), материалдың байланысқан тізбектерінің көпбұрышты желісі, Voronoi көпбұрышты үлгісі сияқты қалыптасады. Бұл тізбектер тамшыларға ыдырайды, бұл процесс Plateau-Rayleigh тұрақсыздығы деп аталады. Басқа қалыңдықтардағы қабықшаларда субстраттағы басқа да күрделі тамшы пішіндерін байқауға болады, олар құрғақ дақтың шетінің өсуімен байланысты тұрақсыздықтан туындайды.
Металл жұқа қабаттарын суға батыру
Металл жұқа қабаттарының қатты күйдегі ылғалдануы – жұқа қабаттың балқу температурасынан әлдеқайда төмен температурада энергиялық тұрғыдан тиімді тамшылар немесе бөлшектер жиынтығына айналуын сипаттайды. Ылғалданудың қозғаушы күші – қабаттың және субстраттың бос беттерінің, сондай-ақ қабат-субстрат интерфейсінің жалпы энергиясын азайту болып табылады. Сканерлік электрондық микроскоптағы (SEM) арнайы қыздыру платформасы терможұп арқылы сынама температурасын дәл бақылауға мүмкіндік береді, материалдың өзін-өзінде жүзеге асыру (in situ) мінез-құлқын бақылау үшін кеңінен қолданылады және видео форматта жазбаға түсірілуі мүмкін. Осы арқылы екі өлшемді морфологияны тікелей бақылауға және сипаттауға болады. Мысалы, жартылай ылғалданған Ni қабаты SOC құрылғылары үшін пайдалы отын электроды болып табылады, себебі ол құрылымы жеткілікті жіңішке болса, ұзын TPB (үш фазалы шекара) сызықтарын қамтамасыз етеді, никель және кеуекті фазалардың байланысы, сондай-ақ TPB сызықтары SOFC сипаттамасы үшін қолданылуы мүмкін.