İnce filmler, kabarcıklar ve membranlar, güneş pilleri, kaplamalar, köpükler, biyosensörler ve emülsiyonlar dahil olmak üzere çok sayıda doğal ve mühendislik sürecin merkezinde yer almaktadır. Ancak kopmalarının tanımlanması ve anlaşılması, atomik ayrıntıların azlığı ile sınırlıdır. Bu, yüzey aktif maddeler ve yüzey safsızlıkları içermeyen basit bir atomik sıvının denge dışı moleküler dinamik simülasyonlarını kullanarak serbestçe asılı filmlerin tüm yaşam döngüsünü göstermektedir. Bu, temel kopma mekanizmalarını ortadan kaldırır. Bir kopma olayından sonra zamanda geri sarma yaparak kısa vadeli bir “hafıza” oluşturuldu. Bu, stokastiklikten deterministik davranışları çıkardı. Yüksek çözünürlüklü zaman penceresi, tipik olarak çekirdeklenme ve spinal kopma olarak bilinen morfolojik gelişimin farklı modlarının zaman içinde birinden diğerine kesintisiz bir şekilde evrildiğini göstermektedir.
Psikotarih, Isaac Asimov tarafından Vakıf serisinde ortaya atılmıştır. Tarihsel eğilimler, toplumun genel gelişimini tahmin etmek için kullanılabilir, ancak bireysel olayları öngörmemektedir. Bu, mikro ölçekte stokastik olmakla birlikte makro ölçekte deterministik olma fikrine benzer. İnce bir sıvı filmin çok ölçekli kopma sürecini tam olarak tanımlamak önemli bir farklılık oluşturmaktadır.
İnce Filmlerin Kararlılığı ve Kopması
İnce filmlerin sağlamlığı ve kopması, çeşitli uygulamalarda çok önemlidir. Adli analizler, minyatürleşmiş mikro-elektronik, mikro akışkan ve biyomedikal cihazlarda, karmaşık kaplamalar, damıtmalar ve yalıtım gibi akciğerler ve hücre zarlarındaki biyolojik taşınma süreçleri, özellikle yerçekimi akıntıları, lav akıntıları ve çığ gibi doğal süreçler arasında değişen süreçlerdir. Sonuç olarak, ince sıvı filmlerin kopması ve kararlılığı ile ilgili çok sayıda çalışma vardır.
Genel olarak, O(gh2) aktivasyon enerjisi kopma sürecini etkilemektedir. Bir filmin kalınlığını h ve g göstermektedir. Bu durum, kalın filmler için bu mekanizmayı imkânsız kılsa da, ince filmler için kopma olasılığı azaldıkça artıyor ve yaklaşık 10 nm’den ince filmler için kritik hale gelmektedir. Termal hareket yüzeydeki oluklar tarafından tetiklenir ve kopma sürecinde kendiliğinden büyüyen dalgalanmalar nedeniyle filmi zayıflatmaktadır.
Farklı başlangıç kalınlıklarına sahip filmlerin kendiliğinden kopması şekilde gösterilmektedir. Yukarıdan aşağıya doğru, h0 = LJ birimlerinde 8.5, 10, 11.3, ve 13.5 değerlerinedir. Renk haritaları yerel kalınlığı, sağ alttaki çubuk ise Lennard – Jones birimleri cinsinden uzunluk ölçeğini göstermektedir. Yüzey modülasyonlarının varlığı filmlerin kırılmamış durumlarında görülmektedir.
Özetlemek gerekirse, çalışmanın konusu ince sıvı filmlerin kopmasıdır. Çalışma, denge dışı moleküler dinamik simülasyonlarını kullanarak, yüzey aktif maddelerden ve yüzey safsızlıklarından arınmış serbest olarak askıya alınmış filmlerin yaşam döngüsünü inceledi. Araştırmacılar, yırtılma sürecinde kısa vadeli bir “hafıza” oluşturarak, tipik olarak rastgele görünen davranışlardan deterministik (belirleyici) bir davranışın ortaya çıkabileceğini göstermektedirler.
Makale, çekirdeklenme ve spinodal kopma dahil olmak üzere film kopmalarının çeşitli aşamalarını ele alıyor ve bu aşamalardan doğru bir şekilde geçiş yapabileceklerini gösteriyor. Çalışma, film kalınlığının kopma davranışını belirlemede önemli bir rol oynadığını vurgulamaktadır. Daha ince filmler spinodal kopmaya, daha kalın filmler ise çekirdeklenmeye daha yatkındır. Atomik ölçekli dalgalanmaların önemli rolünü vurgulayan bulgular, kopma süreci hakkında temel fiziksel ve uygulamalı bilgiler sağlamaktadır.
Sonuçlar communications physics’te yayınlanmıştır.
Haberin kaynağına ve detaylı bilgilere ulaşmak için kaynağı inceleyebilirsiniz…
Kaynak: doi.org/10.1038/s42005-024-01745-z
Derleyen: Atalay Bozdoğan
