لایب سان

This Ph.D. thesis investigates fundamental aspects of phase separation in polymerblend thin films by unifying 1D phase equilibria with film evolution phenomena. It begins by extending a Hamiltonian phase portrait method, useful for visualising and calculating phase equilibria of polymer-blend films, allowing the method to be applied to systems with no convenient symmetries. Consideration of equilibria suggests a thermodynamic mechanism of film roughening, whereby laterally coexisting phases could have different depths in order to minimise free energy. Then by use of phase portraits it is demonstrated that simulations of lateral phase separation via a transient wetting layer, which conform very well with experiments, can be satisfactorily explained by 1D phase equilibria and a surface bifurcation mechanism involving effective boundary conditions caused by the film surfaces. Lastly, to tie together the aforementioned work, a novel 3D model of coupled phase separation and dewetting is introduced, for which the problem of including a general non-uniform composition profile in the depth direction between the film surfaces is solved. Pattern formation, in which surface roughening shadows the phase separation, seems to be determined by an interplay between dewetting kinetics and underlying phase equilibria

چکیده فارسی

این Ph.D. پایان نامه به بررسی جنبه های اساسی جداسازی فاز در لایه های نازک ترکیبی پلیمری با یکسان سازی تعادل فاز 1 بعدی با پدیده های تکامل فیلم می پردازد. این روش با گسترش روش پرتره فاز همیلتونی آغاز می‌شود که برای تجسم و محاسبه تعادل فاز فیلم‌های ترکیبی پلیمری مفید است، و اجازه می‌دهد این روش در سیستم‌هایی بدون تقارن مناسب اعمال شود. در نظر گرفتن تعادل، مکانیسم ترمودینامیکی زبری فیلم را پیشنهاد می‌کند، که به موجب آن فازهای کنار هم می‌توانند عمق‌های متفاوتی داشته باشند تا انرژی آزاد را به حداقل برسانند. سپس با استفاده از پرتره‌های فازی نشان داده می‌شود که شبیه‌سازی جداسازی فاز جانبی از طریق یک لایه مرطوب گذرا، که به خوبی با آزمایش‌ها مطابقت دارد، می‌تواند به طور رضایت‌بخشی با تعادل فاز 1 بعدی و مکانیسم دوشاخه سطحی که شامل شرایط مرزی مؤثر ناشی از سطوح فیلم است توضیح داده شود. . در نهایت، برای گره زدن کار فوق الذکر، یک مدل سه بعدی جدید از جداسازی فاز کوپل شده و رطوبت زدایی معرفی شده است که برای آن مشکل شامل یک پروفایل ترکیب غیریکنواخت عمومی در جهت عمق بین سطوح فیلم حل شده است. به نظر می‌رسد شکل‌گیری الگو، که در آن زبری سطح، جداسازی فاز را تحت الشعاع قرار می‌دهد، با تعامل بین سینتیک رطوبت زدایی و تعادل‌های فازی زیرین تعیین می‌شود