이슬 맺힘

유체 역학에서 이슬 맺기는 고체-액체, 고체-액체-액체-액체^[1] 인터페이스에서 발생할 수 있는 공정 중 하나이다. 일반적으로 이슬 맺힘은 어쩔 수 없이 덮을 수 없는 표면에서 액체를 수축시키는 과정을 묘사한다. 기질에 액체를 뿌리는 그 반대 과정을 습식이라고 한다. 주변 가스와 함께 고체 기질 위에 놓인 액체 방울에 대한 자발적 확산과 이슬을 결정하는 요소는 소위 확산 계수 S:

고체 기질에 있는 액체 방울의 표면 장력 다이어그램. 액체의 표면은 라플라스 압력 때문에 구형 캡의 모양을 하고 있다.

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

여기서 $\gamma _{\text{SG}}$ $\gamma _{\text{SG}}$ ${\$ $SG}}$ 은 $\gamma _{\text{SG}}$ 고체 가스 표면 장력, $\gamma _{\text{SL}}$ $\gamma _{\text{SL}}$ ${\$ $SL}}$ 은 $\gamma _{\text{SL}}$ (는) 고체-액체 표면 장력이며 $\gamma _{\text{LG}}$ $\gamma _{\text{LG}}$ ${\$ $LG}}}$ 은 액화 가스 표면 장력(매체가 서로 접촉하기 전에 측정)이다 $\gamma _{\text{LG}}$ .

$S>0$ > $S>0$ ${\displaystyle S>0$ 일 때 자발적 확산이 일어나고, $S<0$ < $S<0$ $S<0$ 일 $S<0$ 경우 부분 적재가 관찰되는데, 이는 액체가 기질을 어느 정도만 덮는다는 것을 의미한다.^[2]

평형 접촉각 $\theta _{\text{c}}$ $\theta _{\text{c}}$ ${\$ 은(는) 영-라플라스 방정식을 통해 결정된다 $\theta _{\text{c}}$ .

확산 및 이슬 제거는 접착, 윤활, 도장, 인쇄 및 보호 코팅과 같은 많은 용도에 중요한 과정이다. 대부분의 어플리케이션에서, 이슬 맺힘은 그것이 적용된 액체 필름을 파괴하기 때문에 원하지 않는 과정이다.

이슬 제거는 박막을 분해하기 전에 광학적으로 연결하거나 나노입자 첨가제를 필름에 통합하여 억제 또는 예방할 수 있다.^[3]

계면활성제는 확산 계수에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 계면활성제를 첨가하면 암피필릭 성질은 표면으로의 이동에 더욱 정력적으로 유리하게 작용하여 계면장력을 감소시켜 확산계수를 증가시킨다(즉, S를 더 양성으로 만든다). 계면활성제 분자가 인터페이스로 더 많이 흡수되면 표면 장력과 함께 시스템의 자유 에너지가 감소하여 결국 시스템이 완전히 젖게 된다.

생물학에서는 액체 이슬링의 물리학과 유사하게 내피세포를 통한 터널 형성 과정을 세포 이슬링이라고 일컬어 왔다.

폴리머 박막의 이슬 제거

대부분의 이슬 맺힌 연구에서 얇은 폴리머 필름은 기질에 스핀캐스트된다. $S<0$ < $S<0$ $S<0$ 의 경우에도 필름이 $S<0$ 측정 가능한 상태일 경우, 예를 들어 온도가 폴리머의 유리 전환 온도보다 낮을 경우 즉시 이슬이 맺히지 않는다. 유리 전환 온도 이상으로 그러한 측정 가능한 필름을 제거하면 폴리머 체인 분자의 이동성이 증가하며 이슬 맺힘 현상이 발생한다.^[4]^[5]

이슬 맺히는 과정은 무작위로 형성된 구멍의 핵화 및 성장에 의해 발생하는데, 이 구멍이 결합되어 필라멘트 네트워크를 형성하며, 이 구멍이 방울로 부서진다.^[6] 연속 필름에서 시작하면 불규칙한 형태의 물방울이 형성된다. 이슬 맺힘은 필름에 임의로 형성된 구멍에서 시작되기 때문에 방울 크기와 방울 간격은 크기가 여러 차례 차이가 날 수 있다. 발달하는 건식 패치 사이에는 공간적 상관관계가 없다. 이런 마른 패치가 자라면서 자재는 자라나는 구멍을 둘러싼 림에 축적된다. 초기 균질 필름이 얇은 경우(100nm(4×10in⁻⁶) 범위)는 폴리곤의 보로노이 패턴처럼 소재의 연결된 문자열의 폴리곤 네트워크가 형성된다. 그리고 나서 이 끈들은 방울들로 분해될 수 있는데, 이것은 고원-레이리 불안정이라고 알려져 있는 과정이다. 다른 필름 두께에서는 기질에 있는 다른 복잡한 물방울 패턴을 관찰할 수 있는데, 이는 건조 패치 주위에 자라는 림의 운지 불안정성에서 기인한다.

100nm 두께의 폴리스티렌 필름에 형성된 원형 구멍. 이 영화의 푸른색은 구조적인 색채화 때문이며, 필름의 두께에 따라 다르다.
이슬 맺히는 구멍의 림의 AFM 높이 프로파일 이슬 제거로 제거되는 재료는 구멍 주위의 림에 축적된다. 초기 필름 두께(높이): 100nm이다.
보로노이 테셀레이션 패턴 폴리곤은 이슬 맺힌 구멍의 결합에 의해 달성된다.
만약 충분한 시간이 주어진다면, 이 폴리곤 네트워크는 분리된 물방울로 분해된다.
더 두꺼운(200nm) 폴리스티렌 필름의 경우 림 불안정

금속 박막의 이슬 박막

금속 박막의 고체 상태의 이슬은 용융점 아래 온도에서 박막을 에너지 있게 선호하는 물방울이나 입자 집합으로 변형시키는 것을 묘사한다. 이슬 제거의 원동력은 필름과 기판의 자유 표면뿐만 아니라 필름-기판 인터페이스의 총 에너지를 최소화하는 것이다.^[7] SEM의 전용 가열 단계는 열전대를 통해 시료 온도를 정확하게 제어하여 소재의 현장 거동을 관찰하는 데 널리 사용되어 왔으며, 영상 형식으로 기록할 수 있다.^[8] 한편, 2차원 형태학은 직접 관찰하고 특성화할 수 있다. 즉, 부분적으로 이슬이 맺힌 Ni 필름 자체는 긴 TPB 라인을 제공하므로 SOC를 위한 실행 가능한 연료 전극이다. 구조가 충분히 미세할 경우, 니켈과 모공 단계 및 TPB 라인의 연결은 SOFC 특성화에 사용될 수 있다.

참조

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^ Rosen, Milton J. (2004). Surfactants and Interfacial Phenomena (3rd ed.). Hoboken, New Jersey: Wiley-Interscience. p. 244. ISBN 978-0-471-47818-8. OCLC 475305499.
^ 캐롤, 그레고리 T; Turro, Nicholas J.; Koberstein, Jeffrey T. (2010) Spatially Directed Cophrosslinking Journal of Colorid and Interface Science, vol. 351, pp 556-560 doi:10.1016/j.jcis 2010.07.070
^ Leroux, Frédéric; Campagne, Christine; Perwuelz, Anne; Gengembre, Léon (2008). "Polypropylene film chemical and physical modifications by dielectric barrier discharge plasma treatment at atmospheric pressure". Journal of Colloid and Interface Science. 328 (2): 412–20. Bibcode:2008JCIS..328..412L. doi:10.1016/j.jcis.2008.09.062. PMID 18930244.
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^ Reiter, Günter (1992-01-06). "Dewetting of thin polymer films". Physical Review Letters. 68 (1): 75–78. Bibcode:1992PhRvL..68...75R. doi:10.1103/PhysRevLett.68.75. PMID 10045116.
^ Song, Bowen; Bertei, Antonio; Wang, Xin; Cooper, Samuel J.; Ruiz-Trejo, Enrique; Chowdhury, Ridwanur; Podor, Renaud; Brandon, Nigel P. (April 2019). "Unveiling the mechanisms of solid-state dewetting in Solid Oxide Cells with novel 2D electrodes". Journal of Power Sources. 420: 124–133. Bibcode:2019JPS...420..124S. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.02.068.
^ Song, Bowen; Bertei, Antonio; Wang, Xin; Cooper, Samuel J.; Ruiz-Trejo, Enrique; Chowdhury, Ridwanur; Podor, Renaud; Brandon, Nigel P. (2019). "In-situ Ni Soild State Dewetting Videos". doi:10.5281/zenodo.2546395. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)

외부 링크

[1] Leroy, F.; Borowik, Ł.; Cheynis, F.; Almadori, Y.; Curiotto, S.; Trautmann, M.; Barbé, J.C.; Müller, P. (2016). "How to control solid state dewetting : A short review". Surface Science Reports. 71 (2): 391. Bibcode:2016SurSR..71..391L. doi:10.1016/j.surfrep.2016.03.002.

[Rosen-2] Rosen, Milton J. (2004). Surfactants and Interfacial Phenomena (3rd ed.). Hoboken, New Jersey: Wiley-Interscience. p. 244. ISBN 978-0-471-47818-8. OCLC 475305499.

[3] 캐롤, 그레고리 T; Turro, Nicholas J.; Koberstein, Jeffrey T. (2010) Spatially Directed Cophrosslinking Journal of Colorid and Interface Science, vol. 351, pp 556-560 doi:10.1016/j.jcis 2010.07.070

[Leroux-4] Leroux, Frédéric; Campagne, Christine; Perwuelz, Anne; Gengembre, Léon (2008). "Polypropylene film chemical and physical modifications by dielectric barrier discharge plasma treatment at atmospheric pressure". Journal of Colloid and Interface Science. 328 (2): 412–20. Bibcode:2008JCIS..328..412L. doi:10.1016/j.jcis.2008.09.062. PMID 18930244.

[karapanagiotis-5] Karapanagiotis, Ioannis; Gerberich, William W. (2005). "Polymer film rupturing in comparison with leveling and dewetting". Surface Science. 594 (1–3): 192–202. Bibcode:2005SurSc.594..192K. doi:10.1016/j.susc.2005.07.023.

[6] Reiter, Günter (1992-01-06). "Dewetting of thin polymer films". Physical Review Letters. 68 (1): 75–78. Bibcode:1992PhRvL..68...75R. doi:10.1103/PhysRevLett.68.75. PMID 10045116.

[7] Song, Bowen; Bertei, Antonio; Wang, Xin; Cooper, Samuel J.; Ruiz-Trejo, Enrique; Chowdhury, Ridwanur; Podor, Renaud; Brandon, Nigel P. (April 2019). "Unveiling the mechanisms of solid-state dewetting in Solid Oxide Cells with novel 2D electrodes". Journal of Power Sources. 420: 124–133. Bibcode:2019JPS...420..124S. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.02.068.

[8] Song, Bowen; Bertei, Antonio; Wang, Xin; Cooper, Samuel J.; Ruiz-Trejo, Enrique; Chowdhury, Ridwanur; Podor, Renaud; Brandon, Nigel P. (2019). "In-situ Ni Soild State Dewetting Videos". doi:10.5281/zenodo.2546395. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)

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