ذرات درون لایه‌‌‌‌‌‌ های نازک بر مبنای اندازه چینش می‌شوند

ذرات درون لایه‌‌‌‌‌‌  های نازک بر مبنای اندازه چینش می‌شوند

انجمن فیزیک ایران/ با بخار شدن یک مایع، ذرات کوچک معلق در آن بر مبنای اندازه از هم جدا می‌شوند، اثری که می‌توان از آن در تولید ساختارهای لایه‌ای استفاده کرد.

جوهر و رنگ نقاشی از دسته مواد کلوئیدی بوده که شامل ذرات ریز معلق در مایع هستند. همچنان که مایع بخار می‌شود، لایه‌ای نازک متشکل از این ذرات پدیدار می‌شود. اکنون پژوهشگران بطور نظری و تجربی دریافته‌اند که ذرات با اندازۀ متفاوت و با تعداد زیاد در طول فرآیند خشک شدن از ذرات کوچکتر جدا می‌شوند. در نتیجۀ آن لایه‌ای از ذرات کوچکتر بروی ذرات با اندازه بزرگتر شکل می‌گیرد. با داشتن ذرات کلوئیدی که هنگام خشک شدن یک ساختار دو لایه‌ای تشکیل می‌دهند، می‌توان از آنها در ساختن ادوات الکترونیکی و محصولات آرایشی با ویژگی‌های بدیع استفاده نمود.

همچنان که حلال در یک محلول کلوئیدی تبخیر می‌شود، ذرات در زیر سطح آن به ناچار به هم نزدیکتر می‌شوند. از طرفی، حرکت براونی ناشی از ذراتی است که به طور تصادفی به اطراف جهش می‌کنند. حرکت بروانی برای ذرات با اندازه کوچکتر سریعتر است، بنابراین با کاهش حجم کلوئید توانایی پخش در آنها بیشتر است. ذرات بزرگتر نمی‌توانند با سرعت به اطراف حرکت کنند به طوری که در سطح مشترک مایع-هوا تجمع می‌یابند. پژوهشگرانی که در حال مطالعه ذرات کلوئیدی با اندازه متفاوت بوده‌اند، دریافته‌اند که به ازای مقادیر متفاوتی از آهنگ تبخیر، ذرات بزرگتر در بالای سطح متمرکز می‌شوند در حالی ذرات کوچکتر حتی بیشتر از قبل در سراسر مایع توزیع می‌شوند. البته آنچنان تصور می‌شد که می‌توان به ازای همه مقادیری از نرخ تبخیر این مشاهده را تعمیم داد
سوسپانسیونی از ذرات کوچک (زرد) و بزرگ (قرمز) را نشان می‌دهد که با تبخیر شدن مایع پیرامونی، چیدماه طبقه‌ای خود به خودی از خود نشان می‌دهند.

ریچارد سیر (Richard Sear) و همکارانش از دانشگاه سوری انگلستان (University of Surrey

) دقیقاً مخالف این حالت را برای مخلوط سوسپانسیونی شامل دو سایز از ذرات دریافتند. به گفته آندریا فُرتینی نتیجه‌ای که ما دریافتیم نه قابل پیش بینی بود و نه توقعش را داشتیم، بطوری که ما چندین ماه به بازنگری نتایج مشغول بودیم."

پژوهشگران از شبیه سازی کامپیوتری و آزمایش تجربی به روی کلوئیدهای آبی با دو اندازه کروی متفاوت کمک گرفتند. در قسمت شبیه سازی، فُرتینی (Fortini) ،سوسپانسیونی شامل ذرات کوچک و بزرگ با اندازه و تعداد نسبی متفاوت را مدل نمود. با بخار شدن آب، کره‌های کوچکتر به بالا و کره‌های بزرگتر به پایین حرکت می‌کردند. به گفته فُرتینی "شبیه سازی ما مستقل از مقیاس بود، که می‌تواند به همه ذرات در گستره کلوئیدی و با هر مقیاسی اعمال شود." این اثر برای ذرات با اندازه نسبی 2:1 تا 14:1، در حالی که تعداد ذرات کوچکتر از تعداد ذارت بزرگتر متجاوز از 200 باشد رخ خواهد داد. حتی در این چیدمان، چندی از ذرات بزرگتر بدلیل کشش سطحی همچنان در نزدیکی سطح حضور داشتند. این تیم بطور تجربی این اثر را با ذرات اکریلیک معلق در آب با قطرهای 385 و 55 نانومتر تحقیق نمود. آنها کره‌های بزرگتر را با رنگ دانه فلوئورسنت قرمز برچسب زدند. آنها بعد از خشک شدن ذرات، تعداد نسبی ذرات بزرگ به کوچک در سراسر لایه را از طریق سنجش شدت رنگ آنها وزن کردند. یک بار دیگر آنها دریافتند که چیدمان لایه‌ای، برای نسبتهای ریز به درشت بالاتر از 200، بطور خود بخودی رخ می‌دهد.محققان در راستای توضیح یافته‌های خود از تصویر هر ذره به عنوان بادبان یک کشتی که یک نیروی رو به عقب را تجربه می‌کند، استفاده کردند. از آنجایی که در مجاورت هوا-سطح ذرات بیشتری نسبت به قسمتهای زیرین وجود دارند، بنابراین نیروی خالص رو به پایین است. با در نظر گرفتن این اثر و سایر جزئیات، پژوهشگران به این نیتجه رسیدند که سرعت رو به پایین یک ذره متناسب با مربع قطرش است. همانطور که به گفته فُرتینی " ذرات بزرگتر، جریان باد بیشتری را به دام می‌اندازند." و از آنجایی که نسبت اندازه ذرات در آزمایش، 7:1 بود، ذرات بزرگتر در حدود 50 برابر سریعتر از ذرات کوچکتر به پایین حرکت می‌کردند.

در مطالعات قبلی، ذرات کوچکتر به اندازه‌ای سریع حرکت می‌کردند تا به یک توزیع تقریبا" یکنواختی در حین تبیخر مایع برسند، ولی در این مطالعه اخیر، اندازه ذرات کوچک و بزرگ چنان است که هر دو نوع در مقایسه با نرخ تبخیر به آرامی حرکت می‌کنند.

از این چیدمان لایه‌ای می‌توان در کرِم‌های ضد آفتاب با یک لایه انعکاسی نور فرابنفش که بروی یک لایه مرطوب کننده قرار می‌گیرد استفاده کرد. همچنین در صنعت الکترونیک جهت طراحی یک ساختار دو لایه‌ای با یک لایه فوقانی ضد خش و یک لایه زیرین چسبنده برای پوشش صفحه نمایش گوشی‌های هوشمند می‌توان استفاده کرد.

به بیان الکساندر روث (Alexabder Routh) " این مطالعه یک مکانیسم ساده ولی بدیع، در جهت مشاهده تجمع ذرات کوچک ارائه می‌دهد و دیدگاه جدیدی در راستای اینکه چگونه ذرات کوچکتر خودشان را درون ساختارها آرایش می‌دهند به ما نشان می‌دهد".

این پژوهش در فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.


[ منبع این خبر سایت ماچو می باشد، برای مشاهده متن اصلی خبر می توانید روی این قسمت کلیک کنید ]

برای نمایش تمام اخبار مرتبط با عنوان «ذرات درون لایه‌‌‌‌‌‌ های نازک بر مبنای اندازه چینش می‌شوند» اینجا کلیک کنید. شفاف سازی:
خبر فوق در سایت ماچو منتشر شده و صرفا در این سایت بازنشر شده است. چنانچه به خبر فوق اعتراض دارید برای حذف آن روی این قسمت کلیک کنید.

نکته: با توجه به جمع آوری خودکار مطالب از سطح وب در صورت مشاهده هرگونه تخلف و یا اخبار غیر مجاز و یا اعتراض به انتشار مطالب سایت ها با ایمیل khabargroup.info@gmail.com در تماس باشید

تبلیغات





جدیدترین اخبار منتشر شده

تبلیغات