Содержание к диссертации
Введение
Глава I class1 Исследования омачивания твердых поверхностей class1 6
1.1. Развитие теории смачивания
1.2. Различные составляющие расклиниваю щего давления 13
1.3. Экспериментальные методы изучения изотерм расклинивающего давления
смачивающих пленок 20
1.4. Смачивающие пленки водных растворов 22
1.5. Способы измерения краевых углов 28
Глава II Методика измерения краевых углов 36
2.1. Экспериментальная установка 36
2.2. Подготовка твердых подложек 44
2.3. Измерение кривизны мениска и краевых углов методом дифференциальной интер
ференции 52
2.4. Измерение краевых углов методом отражательной интерференции 70 2.5. Влияние силы тяжести на форму профиля мениска 74
2.6. Измерение толщин смачивающих пленок 81
Глава III Исследование устойчивости и прорыва метастабильных й - пленок ЕОДНЫХ
растворов 89
3.1. Краевые углы,образуемые мениском жидкости с А - пленками на силикат ных подложках 92
3.2. Влияние концентрации и рН растворов на устойчивость В - пленок 107
Глава ІV Влияние концентрации и рН электролита на краевые углы d - пленок 115
4.1 Зависимость краевых углов oL - пленок от концентрации и состава электролита 116
4.2 Влияние рН на краевые углы oL - пленок 126
Выводы 130
Литература 132
Приложения 145
- Развитие теории смачивания
- Экспериментальная установка
- Краевые углы,образуемые мениском жидкости с А - пленками на силикат ных подложках
Развитие теории смачивания
Как известно, в большинстве случаев жидкость, нанесенная на твердую поверхность, полностью не растекается, а остается в виде кашш. На абсолютно твердой, однородной, идеально гладкой горизонтальной поверхности капля, из соображений симметрии, должна иметь форму тела вращения. Смачивание жидкостью поверхности твердых .тел характеризуется при этом величиной равновесного краевого угла в0 .который определяется как угол между подложкой и касательной к продолжению не возмущенного поверхностными силами профиля кругового сечения мениска в точке его пересечения с поверхностью подложки (Рис. I).
Условие равновесия такой системы определяется уравнением Юнга: Q COS во =GSV &SL (I) где &sv и б іі - удельные межфазные поверхностные энергии твердого тела на границе с паром и жидкостью, соответственно; (jLy = (Г - поверхностное натяжение объемной жидкости.
Условия равновесия системы капля-жидкость могут быть рассмотрены как с позиции механики (равенство нулю геометрической суммы сил, приложенных к любому элементу линии соприкосновения), так и с позиций термодинамики (минимум свободной энергии системы). В соответствии с этим существует два подхода к выводу уравнения (I) [i, 2 J.
Экспериментальная установка
Лдя исследований зависимости краевых углов от состава и концентрации водных растворов, капиллярного давления мениска и от природы подложки удобно использовать пористые ячейки б1, 62, 96 J , в отверстии которых на плоской подложке формируется смачивающая пленка, окруженная мениском. Краевые углы при этом можно измэрять методом дифференциальной интерференции, обладающим высокой точностью [93,].
В настоящей работе использована конструкция пористой ячейки, схематически изображенная на рисунке 9. Основной элемент ячейки - пористый фильтр I - выпиливался из шоттов-ского фильтра Не размерами пор 3-5 мкм и имел форму па-раллелипипеда, размерами 3 х 4 х 12 мм. Один его конец впаивался в стеклянный капилляр 2, на который одевался полиэтиленовый шланг 3, Противоположная сторона ячейки утоньшалась до I 3 мм. Примерно в центре этой плоскопараллельной части ячейки высверливалось цилиндрическое отверстие, радиусом R. от 0,15 до 2,5 мм - в зависимости от назначения фильтра. На рисунке 10 показана микрофотография отверстия в пористом фильтре, полученная на стереоскане. Как видно из снимка, вследствие относительно крупного размера зерен фильтра J& 4 стенки отверстия не получаются гладкими. Гладкость поверхности стенок можно было бы улучшить, используя, например, фильтр № 5, Однако в этом случав растет инерционность системы в связи с большим гидродинамическим сопротивлением фильтра.
class3 Исследование устойчивости и прорыва метастабильных й - пленок ЕОДНЫХ
растворов class3
Краевые углы,образуемые мениском жидкости с А - пленками на силикат ных подложках
Состояние /3 -пленок до их прорыва можно характеризовать их радиусом , толщиной h и краевым углом Во » который образует с ними мениск объемной жидкости. Уже первые наблюдения показали, что радиус Га /3-пленки можно легко менять, изменяя капиллярное давление мениска г = = ft И путем опускания или подъема оооуда с жидкостью (рис. 9). При этом малейшие изменения давления (на I - 2 дин/cMf что отвечает изменению уровня жидкости в сосуде на 10 - 20 мкм) приводят к расширению пленки (при понижении уровня жидкости) или уменьшению ее радиуса (при повышении уровня жидкости), что свидетельствует о практическом отсутствии гистерезиса краевого угла.
В соответствии с теорией гистерезиса краевого угла на гладких однородных поверхностях (к которым можно было отнести изучаемые подложки) [89] , это возможно при большой толщине смачивающей пленки, когда мало вязкое сопротивление, регулирующее скорость массообмена между мениском и пленкой. Действительно, проведенные измерения толщины в -пленок по описанной в 2.6 эллипсометрической методике, подтвердило это предположение.
Устройство эллипсометрического микроскопа, камеры для предотвращения испарения и методика измерений были описаны в 2.6. Измерения состояли в установке поляризатора и анализатора эллипсометра "на темноту". Однородная по толщине пленка затемняется одновременно вся целиком. Угол восстановленной поляризации W и сдвиг фаз А рассчитывались по формулам (51) (значения /о » / » uiо {Л отсчитыва— лись на лимбах поляризатора и анализатора).
