건조 미세 환경에 의해 조절되는 은 나노입자 필름의 지그재그 중공 균열

결과 및 토론

커피 링 효과와 유도된 마랑고니 흐름은 그림 1b에 개략적으로 설명되어 있습니다. OA/EA 비율은 EA(22 dyn/cm, 78 °C). 표면 장력 차이로 인해 바깥쪽으로 마랑고니 흐름이 발생합니다. 2주기의 UV 조사(60초/주기) 후에 3개의 다른 영역(I, II, III)이 나타납니다(그림 1c). 각 사이클의 간격은 열 효과를 제거하는 데 사용됩니다. 용질은 외부 보상 흐름으로 인해 영역 I에서 응집되고 격렬한 증발로 인해 곧 응고됩니다. 영역 II 및 III는 나노입자 현탁액이지만 후자는 더 희박합니다. 더 많은 조사 주기는 영역 III를 잔물결(3주기)에서 균열(10주기)로 변형시키는 반면 영역 II는 거칠고 영역 I은 매끄럽게 유지합니다(그림 1d, e). 크랙이 형성되면 접착성이 심하게 저하된다. 그림 1f는 기본 메커니즘을 개략적으로 설명합니다. 단분산 나노입자(추가 파일 1:그림 S1)는 외부 마랑고니 흐름, 증발 추진력 및 표면 장력(큰 비표면적)으로 인해 자가 조립되고 조밀한 표면 필름을 형성하는 경향이 있습니다. 필름 두께는 영역 I에서 III로 감소하므로 압축 응력 하에서 변형이 증가하고 방사형 리플이 발생할 수 있습니다. 주변 표면 필름은 아래 액체의 증발을 억제하므로 보상 흐름이 역전되어 액체 레벨이 떨어지고 현 방향으로 압축 응력을 유발합니다.

UV 조사에 의해 경화된 용액 처리된 필름은 열처리된 필름보다 적당한 증발 속도로 인해 약한 커피 링 효과를 갖는다[8]. 이는 표면 필름 형성의 차이에 기여합니다(그림 2a). 습윤 필름에 5분 동안 지속적으로 UV를 조사하여 주변부에 지그재그 형태의 잔물결이 생기는 경우 열 효과를 고려해야 합니다(그림 2b). 현 방향의 변형은 외부 표면 흐름과 증발 차이의 향상에 의해 유도되는 증가된 반경 방향 압축 응력에서 비롯됩니다. 기판에 적당한 온도를 가하면 더 규칙적인 지그재그 모양의 잔물결이 관찰될 수 있습니다(T _s =60°C). 잔물결의 소결 시간(5~15분) 독립성은 완전히 응고되기 전에 형성됨을 보여줍니다(그림 2c). 액체 지지 표면 박막은 압축 응력 하에서 쉽게 변형되고 잔물결을 따라 균열이 생성됩니다(그림 2d). 건조 과정이 계속됨에 따라 역 보상 흐름은 잔물결의 빈 내부 지형을 남깁니다. 이는 은 요소를 스캔하는 EDS 영역에서 확인할 수 있습니다.

지그재그 중공 균열. 아 표면 나노입자 필름 형성을 위한 UV 조사와 열처리의 차이점에 대한 개략도. ㄴ 5분 동안 UV 조사로 얻은 지그재그 모양의 잔물결 ㄷ 60°C에서 5~15분 동안 가열된 유리 기판에서 더 규칙적인 리플을 얻습니다. d SEM-EDS 측정

균열 형성에 대한 증발의 중요한 영향은 위에서 논의되었습니다. 건조 미세 환경은 이전 보고서[9, 10]에서 자세히 연구된 증발 플럭스의 분포를 조절할 수 있으므로 균열 형성에도 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 용매 증발의 단순화된 증기 확산 모델 기반(c _ρ =rc ₀ /ρ ), 증기 농도의 컬러 맵(c )는 두 개의 인접한 액적의 증발에 대한 건조 미세 환경의 영향을 설명하기 위해 그려질 수 있습니다(그림 3a). 다른 액적이 근처에서 방출될 때 비대칭 증발 플럭스가 달성될 수 있습니다. 액적 경계의 거리가 가까울수록 증발과 표면 흐름이 억제되어[11](추가 파일 1:그림 S2) 따라서 잔물결, 특히 지그재그 형태의 잔물결을 형성하는 경향이 줄어듭니다. 외부 표면 흐름은 물방울 사이의 공기 압력을 증가시켜 수십 미크론의 짧은 거리를 달성하도록 자체 정렬됩니다. 가장 가까운 영역에서는 리플이 형성되지 않고 이후에는 리플 길이가 증가하고 최종적으로 액적 경계의 거리가 증가함에 따라 지그재그 형태로 회복됩니다(그림 3b, c). 매끄러운 주변 영역의 영역은 증발 억제를 전제로 자체 조립되어 후막을 형성하기 전에 나노 입자 감소 및 응집에 더 많은 시간이 걸리기 때문에 확대됩니다. 또한, 억제 효과는 두 번째 것보다 60초 먼저 방출되는 첫 번째 액적에서 더 분명합니다. 초기에 형성된 첫 번째 액적의 표면 필름은 두 번째 액적의 건조 미세 환경에 대한 증발 효과를 감소시키는 반면, 두 번째 액적의 증발은 첫 번째 액적의 전체 잔물결 형성 과정에 영향을 미칩니다.

건조 미세 환경에 의해 조절되는 지그재그 중공 균열. 아 가장 단순한 증기 확산 모델을 기반으로 한 건조 미세 환경의 컬러 맵. ㄴ 짧은 거리에서 연속적으로 방출된 두 방울에 대한 건조 미세 환경의 영향. ㄷ 잔물결은 인접한 두 물방울의 가장 가까운 영역에서 더 먼 영역으로 변경됩니다.

건조미세환경의 조절은 지그재그 중공균열을 억제하는 방법으로 작용할 뿐만 아니라 균열형성과 용매증발 사이의 밀접한 관계를 직접적으로 증명한다는 점을 강조하여야 한다. 이 작업은 특히 전구체 잉크에 대해 고품질 나노 입자 필름을 최적화하는 데 참고 의의가 있습니다. 주사기에서 액적이 여전히 방출될 때 증발의 영향을 덜 받는다는 전제 하에 화학적 환원 속도를 높여 균열을 쉽게 제거할 수 있습니다(추가 파일 1:그림 S3). 쉽게 변형될 수 있는 액체 표면의 얇은 필름은 환원된 나노 입자가 적을 때 증발 작용으로 형성될 수 있습니다. 따라서 가속화된 화학적 환원은 용질 농도를 충분히 높여 두꺼운 자체 조립 표면 나노 입자 필름을 형성한 다음 균열 형성을 방지할 수 있습니다. 균열을 처리하는 또 다른 효과적인 방법은 물방울의 크기를 줄이는 것입니다(추가 파일 1:그림 S4). 잉크젯 인쇄는 작은 액적(직경 ~ 50μm)으로 구성된 젖은 필름을 증착하는 잠재적인 기술입니다. 동일한 잉크 시스템을 사용하는 잉크젯 인쇄 필름은 [1] 더 빠른 응고 과정, [2] 더 약한 국소 증발 속도의 이점을 이용하여 100°C의 고온에서 30분 동안 경화되더라도 잔물결 및 균열 없이 응고될 수 있습니다. , [3] 더 약한 유체 흐름, [4] 더 높은 국소 용질 농도, [5] 각 액적의 변화된 건조 미세 환경.