Осушение

В жидкости механике обезвоживание — один из процессов, которые могут происходить при взаимодействии твердое тело–жидкость, твердое тело–твердое тело. или граница раздела жидкость-жидкость . В целом, обезвоживание описывает процесс отвода жидкости от несмачиваемой поверхности, которую она вынуждена была покрыть. Противоположный процесс — растекание жидкости по подложке — называется смачиванием . Фактором, определяющим самопроизвольное растекание и вымачивание 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 шапки из-за давления Лапласа.

$S\ =\gamma _{\text{SG}}-\gamma _{\text{SL}}-\gamma _{\text{LG}}$

где γ _SG твердое тело-газ — поверхностное натяжение , γ _SL — поверхностное натяжение твердое тело-жидкость и γ _LG — поверхностное натяжение жидкость-газ (измеренное для сред до их контакта друг с другом).

При S > 0 происходит самопроизвольное растекание, а при S < 0 наблюдается частичное смачивание, то есть жидкость лишь в некоторой степени покроет подложку.

Равновесный угол контакта $\theta _{\text{c}}$определяется из уравнения Юнга–Лапласа .

Распределение и обезвоживание являются важными процессами для многих применений, включая адгезию , смазку , покраску, печать и защитное покрытие. Для большинства применений обезвоживание является нежелательным процессом, поскольку оно разрушает нанесенную жидкую пленку.

Осушение можно ингибировать или предотвратить путем фотосшивки тонкой пленки перед отжигом или путем включения в пленку добавок наночастиц.

Поверхностно-активные вещества могут оказывать существенное влияние на коэффициент растекания. Когда добавляется поверхностно-активное вещество, его амфифильные свойства делают его более энергетически выгодным для миграции к поверхности, уменьшая межфазное натяжение и, таким образом, увеличивая коэффициент растекания (т. е. делая S более положительным). По мере того как все 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 получил название клеточного осушивания .

Осушение тонких полимерных пленок

В большинстве исследований по обезвоживанию тонкая полимерная пленка методом центрифугирования наносится на подложку . Даже в случае $S<0$ пленка не высыхает сразу, если она находится в метастабильном состоянии, например, если температура ниже температуры стеклования полимера. Отжиг такой метастабильной пленки выше температуры стеклования увеличивает подвижность молекул полимерной цепи и происходит ее расслаивание.

Процесс обезвоживания происходит за счет зарождения и роста хаотично образованных отверстий, которые сливаются, образуя сеть нитей, прежде чем разбиться на капли. При запуске из сплошной пленки формируется неравномерный рисунок капель. Размер капель и расстояние между ними могут изменяться на несколько порядков, поскольку вымачивание начинается со случайно образовавшихся отверстий в пленке. Между возникающими засушливыми участками нет пространственной корреляции. Эти сухие участки растут, и материал накапливается по краю, окружающему растущее отверстие. В случае, когда изначально однородная пленка тонкая (в пределах 100 нм), полигональная формируется сеть связанных нитей материала, подобная узору Вороного из полигонов. Эти струны затем могут распадаться на капли — процесс, известный как неустойчивость Плато-Релея . При других толщинах пленки можно наблюдать иную сложную картину расположения капель на подложке, обусловленную пальцевой нестабильностью растущего обода вокруг сухого участка.

• 
  Круглое отверстие, образованное в пленке полистирола толщиной 100 нм. Синий цвет пленки обусловлен структурной окраской и зависит от толщины пленки.
• 
  с помощью АСМ Профиль высоты края отверстия для удаления влаги . Обратите внимание, что материал, удаленный при обезвоживании, скапливается на кромке вокруг отверстия; начальная толщина пленки (высота): 100 нм.
• 
  Мозаика Вороного из многоугольников достигается за счет слияния отверстий для увлажнения.
• 
  Если дать достаточно времени, эта сеть полигонов распадется на отдельные капли.
• 
  Нестабильность края в случае более толстой (200 нм) пленки полистирола.

Осушение тонких металлических пленок

Осушение тонких металлических пленок в твердом состоянии описывает трансформацию 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. Специальный этап нагрева в СЭМ широко используется для точного контроля температуры образца с помощью термопары для наблюдения за поведением материала на месте и может быть записан в видеоформате. Между тем, двумерную морфологию можно непосредственно наблюдать и охарактеризовать. то есть. Частично обезвоженная пленка Ni сама по себе является работоспособным топливным электродом для SOC, поскольку она обеспечивает длинные линии TPB, если структура достаточно тонкая, связность фаз никеля и пор, а также линии TPB могут использоваться для характеристики ТОТЭ.