脱湿

流体力学において、脱濡れは固体-液体、固体-固体^[1]または液体-液体界面で発生する可能性のあるプロセスの1つです。一般的に、脱濡れは、流体が濡れない表面から引き戻されるプロセスを表します。反対のプロセス、つまり基板上での液体の広がりは、濡れと呼ばれます。周囲のガスとともに固体基板上に置かれた液滴の自発的な広がりと脱濡れを決定する要因は、いわゆる広がり係数Sです。

${\displaystyle S\ =\gamma _{\text{SG}}-\gamma _{\text{SL}}-\gamma _{\text{LG}}}$

ここで、γ _SGは固体-気体表面張力、γ _SLは固体-液体表面張力、γ _{LG は}液体-気体表面張力（媒体が接触する前の測定値）です。

S > 0の場合には自発的な広がりが起こり、S < 0の場合には部分的な濡れが観察され、液体が基板をある程度しか覆わないことを意味します。^[2]

平衡接触角は ヤング・ラプラス方程式から決定されます。 ${\displaystyle \theta _{\text{c}}}$

塗布と脱湿は、接着、潤滑、塗装、印刷、保護コーティングなど、多くの用途にとって重要なプロセスです。ほとんどの用途では、脱湿は塗布された液体膜を破壊するため、望ましくないプロセスです。

脱濡れは、アニール前に薄膜を光架橋するか、薄膜にナノ粒子添加剤を組み込むことによって抑制または防止することができます。^[3]

界面活性剤は拡散係数に大きな影響を与える可能性があります。界面活性剤を追加すると、その両親媒性特性により、表面への移動がよりエネルギー的に有利になり、界面張力が低下して拡散係数が増加します (つまり、S がより正になります)。界面に吸収される界面活性剤分子が増えると、システムの自由エネルギーは表面張力の低下と連動して低下し、最終的にシステムが完全に濡れるようになります。

生物学では、液体の脱濡れの物理学との類推により、内皮細胞を通るトンネル形成のプロセスは、細胞の脱濡れと呼ばれています。

脱濡れの研究では、薄いポリマーフィルムを基板上にスピンキャストすることが多い。フィルムが準安定状態にある場合、例えば温度がポリマーのガラス転移温度より低い場合、すぐには脱濡れしない。このような準安定フィルムをガラス転移温度より上でアニールすると、ポリマー鎖分子の可動性が高まり、脱濡れが起こる。^{[4] [5]}${\displaystyle S<0}$

脱濡れのプロセスは、ランダムに形成された穴の核生成と成長によって発生し、これらの穴が凝集してフィラメントのネットワークを形成し、その後液滴に分解します。^[6] 連続フィルムから開始すると、不規則な液滴パターンが形成されます。脱濡れはフィルムにランダムに形成された穴から始まるため、液滴のサイズと液滴の間隔は数桁にわたって変化する可能性があります。発生する乾燥パッチ間には空間的な相関関係はありません。これらの乾燥パッチは成長し、成長する穴を囲む縁に材料が蓄積されます。最初は均質であったフィルムが薄い場合（100 nmの範囲）、多角形のボロノイパターンのように、接続された材料のストリングの多角形ネットワークが形成されます。その後、これらのストリングは液滴に分解することがあり、このプロセスはプラトー・レイリー不安定性として知られています。他の膜厚では、乾燥パッチの周りの成長する縁のフィンガリング不安定性から生じる、基板上の他の複雑な液滴パターンが観察されます。

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  厚さ 100 nm のポリスチレンフィルムに形成された円形の穴。フィルムの青い色は構造色によるもので、フィルムの厚さによって異なります。
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  脱濡れ穴の縁のAFM高さプロファイル。脱濡れによって除去された材料が穴の周りの縁に蓄積されていることに注意してください。初期の膜厚 (高さ): 100 nm。
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  脱濡れ穴の合体によって達成される多角形のボロノイ分割パターン。
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  十分な時間が与えられると、この多角形のネットワークは個別の液滴に崩壊します。
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  より厚い（200 nm）ポリスチレンフィルムの場合のリムの不安定性。

金属薄膜の固体脱濡れとは、融点よりはるかに低い温度で薄膜がエネルギー的に有利な液滴または粒子の集合に変化する現象を指します。脱濡れの原動力は、膜と基板の自由表面、および膜と基板の界面の全エネルギーを最小化することです。^[7] SEM の専用加熱ステージは、熱電対を介してサンプル温度を正確に制御し、材料のその場挙動を観察するために広く使用されており、ビデオ形式で記録できます。^[8]一方、2 次元形態を直接観察して特性評価することができます。つまり、部分的に脱濡れた Ni 膜は、構造が十分に細かい場合は長い TPB ラインを提供するため、それ自体が SOC 用の実用的な燃料電極となり、ニッケル相と細孔相の接続性、および TPB ラインを SOFC の特性評価に使用できます。