论文部分内容阅读
胶体悬浮液以及其蒸发沉积所形成的裂纹斑图,广泛存在于工业界和自然界,比如打印,喷涂,镀膜,以及沉积膜和各种合成材料,然而,这些裂纹会破损材料本身甚至使其功能失效。我们采用高分子作为添加剂,通过影响或抑制在干燥过程中引发的相分离,即通过调节微纳米颗粒和聚合物高分子链这两相在悬浮液中的相分离来调控其蒸发动力学过程,最终达到调节控制沉积物薄膜上的裂纹斑图形貌。提供了一个很好地得到无裂纹(crack-free)沉积材料的方案。我们发现在裂纹发生过程中存在的两种相分离。一种是第一阶段相分离是耗散引发的(depletion-induced)二氧化硅纳米粒子和聚合物的分离。另外一种是我们定义了在蒸发的最后阶段,分离水和粒子/聚合物团簇的相分离。这两个阶段的相分离已经预埋了缺陷的空间位置,进而决定了最后裂纹产生的形貌。从机理上阐明了镀膜、喷涂、自组装等过程中胶体-高分子裂纹产生的物理起源,以及建立优化参数抑制裂纹破坏作用。而且这个理论方法可以帮助了解纳米粒子和高分子链在二元系统中的自组装及其蒸发动力学特性和机理。而基底性质对蒸发过程以及干燥沉积膜中的裂纹的产生的影响,比如基本的物理参数:基底表面粗糙度,是个未被深入挖掘的领域。我们通过改变玻璃基底表面粗糙度,发现了最终干燥沉积膜中裂纹斑图形貌随之的改变规律。并且对裂纹斑图形貌变化的规律阐述了两种可能的解释。一种为粗糙的基底表面的沟槽结构会固定住液滴里底层落入其中的自由颗粒,等价于粗糙的基底表面上二氧化硅悬浮液的初始浓度,比同样实验条件下光滑基底表面上悬浮液的初始浓度减小。另一种为相较于较光滑的基底表面,较粗糙基底表面上不规则的结构会使干燥沉积膜中产生更多的缺陷,改变了沉积膜开裂的临界应力,进而造成同样蒸发条件下,干燥沉积膜中裂纹斑图形貌随基底表面粗糙的变化规律。而且,对于这两种可能的解释分别用理论计算和实验来支持。