Закономірності змочування аморфних, нанокластерних, мікро-, нанокристалічних плівок вуглецю та ряду бінарних сполук - Дипломная работа

Визначення закономірностей такого впливу дає можливість отримати матеріали, які перекривають весь діапазон - від повного змочування до повного незмочування, що є важливим для практики. Поряд з цим, в цілому, дослідження, спрямовані на встановлення закономірностей змочування рідиною поверхні твердого тіла з різним масштабом структурування, не мають систематичного характеру і жодного узагальнення. Основною метою дослідження було встановлення взаємозвязку між структурою (аморфна, кластерна, кристалічна), розмірним фактором (мікро-, субмікро-, нанорівень), хімічним станом поверхні та капілярними властивостями плівок різної хімічної природи в контакті з рідкими середовищами та визначення шляхів керування змочуванням та адгезією фаз у контактних системах “плівка-рідина”. Для досягнення поставленої мети треба було розвязати такі завдання: Дослідити змочування і міжфазну взаємодію тонких плівок і композитів (вуглецевих, оксидних, нітридних, карбідних) в контакті з рідиною різної фізико-хімічної природи (металами, органічними речовинами, водними розчинами лугів, кислот, солей, модельними біологічними середовищами). Предмет дослідження: фізико-хімічні закономірності і механізми змочування і контактної взаємодії в системах “плівка-рідина” в умовах вакууму і атмосферного тиску; кінетичні закономірності просочування металевими розплавами капілярно-поруватих середовищ з алмазу та графіту; умови модифікування поверхні плівкових матеріалів (гідрогенізація, окиснення, іонне бомбардування, УФ-опромінення, легування); вплив розмірного фактора на змочування мікро-та нанокристалічних плівок; межі чутливості та ефективність використання макрометоду (змочування) для дослідження капілярних явищ в системах, що містять наноматеріали.Встановлено, що при розмірах острівцевих конденсатів металів (Au, Sn) на вуглецевій підкладинці менше 30 нм спостерігається зменшення поверхневої енергії рідини та крайового кута змочування. Дано коротку інформацію про технології одержання плівок і композитів, характеристики їх структури, хімічного стану і морфології поверхні. Показано , що змочування монокристалічного кремнію погіршується більше, ніж в два рази при нанесенні на його поверхню а-С:Н-плівки, що підтверджує її барєрну дію Встановлено, що піроліз функціионального покриву плівок в вакуумі перебігає переважно без розщеплення каркасних С-С-звязків і визначається екзотермічними процесами термоокислювальної деструкції функціональних груп за участю кисню за реакціями (1) та (2) гомолітичного розриву їх звязків з поверхневими атомами вуглецю і перетвореннями вільних радикальних центрів та частинок. Значне зростання глибини та інтенсивності термодеструкції поверхні плівок визначається можливістю розщеплення молекулами лугів С-С-звязків вуглецевого каркасу матеріалу: На основі досліджень а-С:Н-і а-С:Н:N-плівок методами змочування та термодесорбції визначено механізм руйнування плівок під дією агресивних середовищ, який полягає в утворенні внаслідок високого каталітичного впливу іонів лужних металів проміжних поверхневих комплексів типу алкоголятів, які зумовлюють розщеплення вуглецевих звязків з утворенням CO2, що призводить до руйнування плівок.Запропоновано рівняння для оцінки вільної поверхневої енергії, яке дає змогу найбільшою мірою врахувати вплив таких факторів, як адсорбція, різниця молярних обємів на величину крайового кута при змочуванні високоенергетичних поверхонь: , (1) де - безрозмірний коефіцієнт, який залежить від властивостей контактуючих фаз і визначається дослідним шляхом; 1 порівняльні дані величини sтг вуглецевих матеріалів показують, що неврахування поверхневого тиску адсорбату дає для sтг занижені значення. Отримані залежності пояснюються на основі моделі, яка враховує вплив азоту на модифікацію структури плівок. Це дає можливість прогнозувати застосування “Me-C60”-плівок в трибології (особливо Cu-C60), електрохімії (Al-C60). Це спостерігається як на повітрі, так і в вакуумі: встановлено максимальні серед вуглецевих матеріалів кути змочування оловом нанокристалічної структурної алмазної плівки , яка може бути класифікована як найбільш інертний по відношенню до олова вуглецевий матеріал.Встановлено фундаментальні закономірності капілярних явищ (змочування, просочування, адгезія фаз) на межі поділу “тверде тіло-рідина” для плівок вуглецю, оксидів, карбідів, нітридів в контакті з рідинами різної фізико-хімічної природи залежно від їх структурного (аморфні, кластерні, кристалічні), розмірного (моно-, мікро-, субмікро-, нанокристалічні), хімічного стану, а також під впливом різних дій (іонного бомбардування, УФ-опромінення, гідрогенізації, окиснення, легування), які визначають шляхи керування в широких межах капілярними характеристиками плівкових матеріалів та шляхи їх практичного використання. Встановлено розмірну залежність вільної поверхневої енергії (sтг) і крайового кута змочування (q), яка полягає в суттєвому зменшенні величини sтг із зменшенням кристалітів до нанорозмірів. Для плівок різної хімічної природи встановлено законо

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ