Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В механике жидкости , осушки является одним из процессов , которые могут возникнуть в виде твердого вещества и жидкости, твердых материалов [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 смачиванием . Фактором, определяющим самопроизвольное растекание и обезвоживание 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.

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).

Когда происходит самопроизвольное растекание, и если наблюдается частичное смачивание, это означает, что жидкость лишь частично покрывает субстрат. [2]

Равновесный краевой угол определяется из уравнения Юнга-Лапласа .

Распространение и обезвоживание являются важными процессами для многих областей применения, 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. [3]

Поверхностно-активные вещества могут иметь 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 полному смачиванию системы .

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

Осушение тонких полимерных пленок [ править ]

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 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, так как 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 тонкая (в диапазоне 100 нм (4 × 10 -6 дюймов  )), образуется многоугольная сеть связанных нитей материала, какШаблон Вороного из многоугольников. Эти струны затем 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 структурной окраской и зависит от толщины пленки.

  • Профиль высоты кромки осушающего отверстия AFM . Обратите внимание на то, что материал, удаляемый влагой, 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 [ править ]

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. [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.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Leroy, F .; Боровик, Ł .; Cheynis, F .; Almadori, Y .; Curiotto, S .; Trautmann, M .; Barbé, JC; Мюллер, П. (2016). «Как контролировать твердофазное обезвоживание: краткий обзор». Отчеты по науке о поверхности . 71 (2): 391. Bibcode : 2016SurSR..71..391L . DOI : 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 DOI : 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 . DOI : 10.1016 / j.jcis.2008.09.062 . PMID 18930244 . 
  5. ^ Karapanagiotis, Иоаннис; Герберих, Уильям В. (2005). «Разрыв полимерной пленки по сравнению с выравниванием и обезвоживанием». Наука о поверхности . 594 (1–3): 192–202. Bibcode : 2005SurSc.594..192K . DOI : 10.1016 / j.susc.2005.07.023 .
  6. ^ Reiter, Гюнтер (1992-01-06). «Осушение тонких полимерных пленок». Письма с физическим обзором . 68 (1): 75–78. Bibcode : 1992PhRvL..68 ... 75R . DOI : 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. Bibcode : 2019JPS ... 420..124S . DOI : 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». DOI : 10.5281 / zenodo.2546395 . Cite journal requires |journal= (help)

Внешние ссылки [ править ]