Дальнодействующие поверхностные силы, связанные с молекулярной структурой в жидких прослойках

• Автор: Бойнович, Людмила Борисовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 311 с. : ил.

Введение

Глава 1. НеДЛФО силы и теоретические подходы к их рассмотрению

Глава 2. Адсорбционная составляющая расклинивающего давления в пленках разбавленных бинарных растворов

2.1. Введение

2.2. Классический подход Б.В.Дерягина и Н.В.Чурасва

2.3. Расчеты расклинивающего давления пленок растворов на основе макроскопической теории адсорбционной составляющей
2.4 Экспериментальное изучение поверхностных сил, возникающих вследствие перекрытия диффузных адсорбционных атмосфер в тонких смачивающих пленках растворов неионных жидкостей
2.4.1. Установки для экспериментального изучения изотерм расклинивающего давления и методики подготовки подложек

2.4.2. Метод задания величины расклинивающего давления.

2.4.3. Влияние добавок второго компонента на толщины пленок растворителя

2.5. Заключение Глава 3. Теория устойчивости прослоек растворов дипольных молекул в неполярных растворителях.
3.1. Введение
3.2. Термодинамика тонкой пленки раствора с полярным растворенным веществом
3.3. Напряженность электрического поля, создаваемого в тонкой прослойке точечным диполем
3.4. Вклад сил изображения диффузно распределенных дипольных молекул в расклинивающее давление пленки
3.5. Расчет констант ВандсрВаальсова взаимодействия
3.6. Образование адсорбционных монослоев с нормальной к поверхности ориентацией диполей
3.6.1. Расчет адсорбции на границах пленки раствора.
3.6.2. Силы изображения при нормальной ориентации диполей в монослое.
3.7. Локализованная адсорбция при ориентации диполей параллельно границе раздела.
3.7.1. Особенности адсорбции на границах смачивающей пленки.
3.7.2. Взаимодействие адсорбированных монослоев друг с другом
3 Адсорбционный монослой в поле собственных изображений.
3.8. Заключение
Глава 4. Фононный механизм дальнодействующих поверхностных сил.
4.1. Введение.
4.2. Коллективные колебания в замороженной жидкой пленке.
4.3. Учет тепловых скачков молекул.
4.4. Свободная энергия и расклинивающее давление жидкой прослойки.
4.5. Температу рная зависимость фононной составляющей расклинивающего давления
4.6. Теоретические и численные методы, используемые для получения плотности колебательных состояний в жидкости
4.6.1. Модель связанных осцилляторов и ее адаптация к
вычислениям по теории фононной составляющей расклинивающего давления
4.7. Заключение
Глава 5. Новые экспериментальные подходы и методики исследования тонких жидких прослоек
5.1. Эллинсометрин многослойных свободных пленок
5.1.1. Расчет матрицы отражения и эллинсометрических 2 углов
5.1.2. Интенсивность отраженной волны
5.1.3. Численные результаты для изотропных и анизотропных 8 непоглощаюших систем.
5.1.4. Применение метода для изучения тонкопленочных 6 систем.
5.2. Применение ИК спектроскопии при исследовании 8 структурирования жидкостей в ограниченном объеме
5.2.1. Метод единичной равномерно утончающейся жидкой 8 прослойки.
5.2.2. Методика пористой таблетки
Глава 6. Структура жидкостей в системах с ограниченной
размерностью.
6.1 Статическая структура простых жидкостей вблизи границ
раздела и в тонких прослойках
6.2. Динамическое структурирование, инициированное полем 7 поверхностных сил.
. Структу рная перестройка в симметричных прослойках
нематических жидких кристаллов.
.1. Экспериментальная часть.
6.3.2. Двухфракционная модель ориентации.
3. Конформационнос равновесие в тонких жидких
прослойках
6.4. Заключение
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Кроме того, для определения знака, интервала действия и величины сил важно учесть характер взаимодействия растворительполимер, степень заполнения поверхности и концентрацию полимера. Модели, описывающие взаимодействие между частицами, покрытыми необратимо адсорбировавшимся полимером, были предложены Де Женом , а также Шсйтснсом и Флиром . Эти подходы применимы в случае, когда скорость сближения границ прослойки велика по сравнению со скоростью установления адсорбционного равновесия на поверхности, однако мала по сравнению со скоростью установления конформационного равновесия в слое адсорбированных молекул. В этом случае возможны несколько различных механизмов сил. При малых концентрациях полимера или малых временах адсорбции энтропийный механизм обеспечивает мостиковое притяжение при толщинах жидких прослоек, близких или меньших длины полимерного хвоста. При малых толщинах ограничение в числе конформаций полимерного хвоста приводит к появлению отталкивания. Таким образом, при малых концентрациях область действия сил определяется размером части полимера, находящейся в растворе. Увеличение концентрации полимера приводит к тому, что эффекты мостикового связывания перестают играть определяющую роль во взаимодействии между поверхностями. И здесь на первый план выходят эффекты, связанные с взаимодействием полимеров, адсорбированных на разных поверхностях. Ни . Рис. Изотермы расклинивающего давления единичной пенной пленки, стабилизированной диблоксополимером i в присутствии мМ КВг . Концентрации диблоксополимсра темные ромбы, светлые ромбы, 0 темные треугольники, и 0 светлые треугольники. Причем именно последний механизм, как показывают многочисленные экспериментальные данные см. Что касается обратимо адсорбирующихся полимеров как правило, гомополимеров, то для них в условиях равновесного сближения поверхностей и возможности свободной десорбции с границы раздела и теория Флира , и теория Де Жена предсказывают притяжение, обеспечиваемое мостиковым связыванием поверхностей частиц молекулами полимера. Возникающее осмотическое давление приводит к появлению сил притяжения, так называемым силам истощения i . Величина этих сил, как было показано Фейгиным и Нэппсром и Флиром с соавторами , существенно возрастает с ростом концентрации полимера и может вызывать флоккуляцию в коллоидных системах. И, наконец, особый вид сил, возникающих в тонких симметричных металлических прослойках между двумя объемными фазами и названный электронной составляющей расклинивающего давления, был рассмотрен Ролдугиным . Им было показано, что избыточная свободная энергия такой металлической прослойки имеет квантовую природу и определяется наличием в пленке электронов с энергиями, близкими к энерпш Ферми, и длинами пробега, сравнимыми с толщиной пленки. В этом случае зависящая от толщины часть свободной энерпш будет обеспечивать два члена в расклинивающем давлении пленки. Монотонный член, играющий основную роль для пленок с толщиной, большей длины свободного пробега электрона, определяется граничивши условиями для волновых функций длинноволновых электронов на границах пленки и, следовательно, существенным образом зависит как от свойств ограшгчивающей фазы, так и от состояния поверхности. Осциллирующий член, возникающий за счет квантования уровней энергии электронов, для толщин пленок до 5 нм может по величине значительно превышать и ВандерВаальсовы силы и монотошый член. Его зависимость от свойств системы определяется через вероятность нсупругого рассеяния электронов поверхностью пленки. Очевидно, что роль этого последнего механизма дальнодействующих поверхностных сил становится очень значимой при современном развитии нанотехнологий. Обсужденные выше подходы опирались на рассмотрение растворителя либо жидкости, составляющей прослойку, как бесструктурной среды, в то время как многочисленные экспериментальные данные, которые будут обсуждены нами ниже, указывают на значимую роль молекулярной структуры жидкости при установлении равновесия в тонкой жидкой прослойке. В последующих главах мы рассмотрим некоторые механизмы дальнодсйствугащих поверхностных сил, вытекающие из учета тех или иных особенностей структуры молекул, составляющих пленку.