Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Втягивание жидкости с поверхности, которую она была вынуждена покрыть.
Retraction of a fluid from a surface it was forced to cover
В механике жидкостей, отсмачивание является одним из процессов, которые могут происходить на твердо-жидком, твердо-твердом или жидкостно-жидкостном интерфейсе. Как правило, отсмачивание описывает процесс втягивания жидкости с несмачиваемой поверхности, которую она была вынуждена покрыть. Противоположный процесс – растекание жидкости по подложке – называется смачиванием. Фактором, определяющим спонтанное растекание и отсмачивание капли жидкости, помещенной на твердую подложку в присутствии окружающего газа, является так называемый коэффициент растекания 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:
где – поверхностное натяжение твердого тела и газа, – поверхностное натяжение твердого тела и жидкости, и – поверхностное натяжение жидкости и газа (измеренное для сред до их контакта). При S > 0 происходит спонтанное растекание, а при S < 0 наблюдается частичное смачивание, то есть жидкость покрывает подложку лишь частично. Угол равновесного контакта определяется уравнением Юнга-Лапласа. Растекание и отсмачивание – важные процессы для многих областей применения, включая адгезию, смазку, покраску, печать и защитные покрытия. В большинстве случаев отсмачивание является нежелательным процессом, поскольку оно разрушает нанесенную жидкую пленку. Отсмачивание можно подавить или предотвратить путем фотосшивания тонкой пленки перед отжигом или путем добавления в пленку наночастиц. Поверхностно-активные вещества могут существенно влиять на коэффициент растекания. При добавлении поверхностно-активного вещества его амфифильные свойства делают его миграцию на поверхность более энергетически выгодной, уменьшая межфазное натяжение и, следовательно, увеличивая коэффициент растекания (то есть делая S более положительным). По мере поглощения большего количества молекул поверхностно-активного вещества в интерфейс свободная энергия системы уменьшается вместе с уменьшением поверхностного натяжения, что в конечном итоге приводит к полному смачиванию системы. В биологии, по аналогии с физикой отсмачивания жидкостей, процесс формирования туннелей через эндотелиальные клетки называют клеточным отсмачиванием.
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.
Обезжигание тонких пленок полимера
В большинстве исследований смачивания тонкая полимерная пленка наносится методом центрифугирования на подложку. Даже если пленка не смачивается сразу, она может находиться в метастабильном состоянии, например, при температуре ниже температуры стеклования полимера. Отжиг такой метастабильной пленки выше температуры стеклования увеличивает подвижность молекул полимерной цепи и вызывает смачивание. Процесс смачивания происходит посредством нуклеации и роста случайно образовавшихся отверстий, которые сливаются, образуя сеть нитей, прежде чем распадаться на капли. При формировании рисунка из сплошной пленки образуется нерегулярный узор капель. Размер и расстояние между каплями могут изменяться на несколько порядков величины, поскольку смачивание начинается со случайных отверстий в пленке. Сухие участки, которые формируются, не имеют пространственной корреляции. Эти сухие участки растут, и материал накапливается на валу, окружающем растущее отверстие. Если изначально однородная пленка тонкая (порядка 100 нм), формируется полигональная сеть соединенных нитей материала, напоминающая диаграмму Вороного. Эти нити затем могут разрушаться на капли, что известно как неустойчивость Плато-Рэлея. При других толщинах пленки можно наблюдать другие сложные узоры капель на подложке, возникающие из филаментной неустойчивости растущего вала вокруг сухого участка.
In most dewetting studies a thin polymer film is spin cast onto a substrate. Even in the case of the film does not dewet immediately if it is in a metastable state, e. g. if the temperature is below the glass transition temperature of the polymer. Annealing such a metastable film above its glass transition temperature increases the mobility of the polymer chain molecules and dewetting takes place. The process of dewetting occurs by the nucleation and growth of randomly formed holes, which coalesce to form a network of filaments, before breaking into droplets. When starting from a continuous film, an irregular pattern of droplets is formed. The droplet size and droplet spacing may vary over several orders of magnitude, since the dewetting starts from randomly formed holes in the film. There is no spatial correlation between the dry patches that develop. These dry patches grow and the material is accumulated in the rim surrounding the growing hole. In the case where the initially homogeneous film is thin (in the range of 100 nm), a polygon network of connected strings of material is formed, like a Voronoi pattern of polygons. These strings then can break up into droplets, a process which is known as the Plateau Rayleigh instability. At other film thicknesses, other complicated patterns of droplets on the substrate can be observed, which stem from a fingering instability of the growing rim around the dry patch.
Обезвоживание тонких пленок металла
Твердофазное отсмачивание металлических тонких пленок описывает превращение тонкой пленки в энергетически выгодный набор капель или частиц при температурах, значительно ниже температуры плавления. Движущей силой отсмачивания является минимизация общей энергии свободных поверхностей пленки и подложки, а также интерфейса пленка-подложка. Специализированный нагревательный модуль в SEM широко используется для точного контроля температуры образца с помощью термопары, что позволяет наблюдать поведение материала *in situ*, и результаты могут быть записаны в виде видео. В то же время, двумерная морфология может быть непосредственно наблюдаема и характеризована. Например, частично отсмачившаяся Ni-пленка сама по себе может служить работоспособным топливным электродом для SOC, поскольку обеспечивает протяженные линии ТПГ (трехфазной границы), если структура достаточно мелкая. Связность никелевой и пористой фаз, а также линии ТПГ могут быть использованы для характеризации SOFC.
Solid state dewetting of the metal thin films describe the transformation of a thin film into an energetically favoured set of droplets or particles at temperatures well below the melting point. The driving force for dewetting is the minimization of the total energy of the free surfaces of the film and substrate as well as of the film substrate interface. The dedicated heating stage in SEM has been widely used to accurately control sample temperature through a thermocouple to observe the in situ behaviour of the material, and can be recorded as a video format. Meanwhile, the two dimensional morphology can be directly observed and characterised. ie. the partially dewetted Ni film is itself a workable fuel electrode for SOCs as it provides long TPB lines if the structure is fine enough, the connectivity of the nickel and pore phases as well as the TPB lines can be used for SOFC characterisation.