Причини підвищеної адгезії наночасток. Вплив надлишку поверхневої енергії на адгезионное взаємодія наночасток. Визначення адгезії наночастинок шляхом моделювання
Нещодавно з'ясувалося, що в основі механізму підвищеної адгезії наночастинок лежать сили молекулярної взаємодії, тобто сили Ван-дер-Ваальса. Незалежно від гідрофобності поверхні сили Ван-дер-Ваальса переважують капілярні сили і створюють міцність зчеплення 10Н/см 2 . Теоретично масиви багатостінних вуглецевих нанотрубок (МСНТ) діаметром 20-30нм і щільністю ~ 10 11 -10 12 нанотрубок/см 2 могли б забезпечити адгезію більш 500Н/см 2 .
Адгезія - це мимовільне поверхневе явище, яке призводить до зниження поверхневої енергії. Адгезія і змочування рідини відносяться до одного з видів адгезійного взаємодії. Його особливості визначаються як властивостями твердої поверхні так і властивостями рідини. Адгезію (зчепленням, тяжінням або прилипанням) називають зв'язок між різнорідними конденсованими тілами при їх молекулярному контакті. До конденсованим тіл відносяться рідкі та тверді тіла. При адгезії зберігається межа розділу фаз, утворена двома твердими тілами, твердим тілом і рідиною, тобто межа розділу т-т і ж-т. Можлива адгезія двох різнорідних рідин на межі розділу ж-ж. p> Мимовільно йдуть процеси, пов'язані із зменшенням поверхневої енергії, в даному випадку енергії Гіббса. p> О” Gs <0
У результаті адгезії питома вільна поверхнева енергія зменшується на величину, яка характеризує роботу адгезії Wа.
Існують різні моделі адгезії наночасток.
Так, з теорії Джонсона-Кендела-Робертса, сила F тяжіння (адгезії) кулястої частинки однієї фази і нескінченної за протяжністю плоскою поверхнею інший або тієї ж фази виражається формулою:
,
де А - константа Гамакера для даної системи (константа дисперсійного взаємодії молекул фаз), r - радіус частинки, h - відстань між поверхнею сферичної частинки і плоскою поверхнею.
Модель Маугіса (1992) є найбільш складним і точним підходом. Його можна використовувати для будь-яких систем (будь-яких матеріалів): як з великий, так і з малою адгезією. Ступінь адгезії визначається параметром О»:
В В
де Оѕ 0 - міжатомна відстань.
Адсорбційний моношар ПАР. Локальна концентрація і освіта островковой нанорозмірною структури
адгезійний наночастинок ліофобность
Для управлінням массопереносом рідин різної природи в мікро-і наноканалах в ряді випадків доводиться модифікувати внутрішню поверхню каналів нанесенням моношарів поверхнево-активних речовин (ПАР). Найпростіша технологія такого нанесення передбачає просочення каналів розчином ПАР, адсорбцію на стінки каналу з розчинів протягом деякого часу, видалення розчину і просушку каналів. При цьому об'ємна концентрація ПАР в розчині стандартизуется і використовується для обробки каналів з широким діапазоном радіусів.
Добре відомо, що властивості тонкої плівки відрізняються від властивостей масивного матеріалу, особливо якщо товщина плівки дуже мала. Ця В«особливістьВ» визначається специфікою структури плівки, яка у свою чергу, обумовлена ​​процесами утворення тонкої плівки. Існує велика кількість методів і процесів одержання тонких плівок (від прокатки до осадження матеріалу на підкладку атом за атомом). Найчастіше тонкі плівки отримують методами осадження.
Освіта тонких плівок у вакуумі відбувається в кілька етапів. Укрупнене можна виділити наступні етапи утворення плівки:
- освіта зародків;
- зростання зародків, освіта острівців;
- коалесценція острівців;
- освіта каналів;
- зростання суцільної плівки.
Для сучасної науки (розділи електроніки: мікро - та наноелектроніка) і техніки великий інтерес представляють острівкові плівки, тобто плівки, формування яких завершили на етапі освіти острівців. Унікальні властивості (електронні, оптоелектронні та ін) острівцевих плівок пов'язані з тим, що їх розміри у всіх трьох вимірах лежать у нанометровому діапазоні. Цей факт обумовлює ефект розмірного квантування енергетичних рівнів електрона, що знаходиться всередині островковой наноструктури (Острівця). Поведінка електрона всередині нанорозмірного острівця подібно до його поведінці всередині тривимірної потенційної ями. З цієї причини острівкові плівки або острівкові наноструктури (ОНБ) діаметром від 2 до 10 нм отримали назва В«квантові точкиВ».
Атомістична теорія зростання плівок, авторами якої є Уолтер і Родін, описує процес зародкоутворення за допомогою методів статичної фізики і дозволяє представити цей процес з допомогою зародків малого розміру, що складаються з невеликого числа окремих атомів. Стабільні зародки називаються зародками закритичного розміру, а нестабільні - докритического розміру.
Після утворення зародків закритичного розміру на підкладці по...
