ИСТИНА

Явление анизотропии смачивания (образование различных равновесных краевых углов смачивания жидкой фазой В различных граней монокристаллической подложки А) в двухкомпонентных системах обсуждается в литературе с конца XIX века. К настоящему моменту получено значительное количество экспериментальных данных, представленных в обзорных работах [1,2]. Данное исследование посвящено анализу анизотропии смачивания в двухкомпонентных системах металлический расплав / твердый металл (или металлоид). В работе обсуждаются литературные данные, результаты собственных исследований на модельных системах Pb / Cu и Cu / Si, а также данные, полученные методом молекулярно динамического моделирования. В рамках данного исследования рассмотрены два основных момента, связанных с анизотропией смачивания: 1. Какие физико-химические факторы могут оказать влияние на измерение краевого угла в металлической системе и, соответственно, исказить данные по анизотропии смачивания? 2. Как корректно интерпретировать данные по анизотропии смачивания в рамках представлений об анизотропии поверхностной и межфазной энергии? Первый вопрос интенсивно изучался в течение нескольких последних десятилетий и тщательно разобран в работе [3]. Основными источниками систематических ошибок при измерении краевого угла являются адсорбция примесей (в первую очередь кислорода) из газовой фазы и растворение материала подложки в расплаве. Известно, что оба эти процесса могут проявляться по-разному на различных гранях монокристалла. Поэтому экспериментально наблюдаемая анизотропия смачивания может быть усилена за счет этих явлений. К сожалению, большая часть экспериментальных данных была получена без учета возможной анизотропии адсорбции загрязнений или растворения подложки. Такие данные не могут быть использованы для анализа анизотропии смачивания. Именно отсутствие надежных литературных данных стимулировало экспериментальные и молекулярно-динамические исследования в системах Pb/Cu и Cu/Si. Следующая сложность заключается в том, как анализировать данные по анизотропии смачивания в рамках классического уравнения Юнга. На основании экспериментально измеренной величины краевого угла смачивания можно рассчитать только разность между поверхностными энергиеями газ / твердое тело и жидкость / твердое тело. Данные необходимо дополнять информацией об анизотропии межфазной энергии, которые можно получить из анализа равновесной формы включения легкоплавкого компонента внутри твердого поликристалла. Предложенный подход был применен к данным, полученным на системе Pb/Cu. Краевые углы полученные и в эксперименте, и в моделировании практически не проявляют анизотропии (краевой угол постоянный в пределах нескольких градусов). Межфазная энергия на границе раздела расплав / кристалл также характеризуется слабой анизотропией [4]. Таким образом можно сделать вывод об отсутствии анизотропии поверхностной энергии на границе раздела твердое / газ, несмотря на различную структуру адсорбционных слоев свинца на поверхности различных граней меди по данным молекулярно динамического моделирования. Работа поддержана РФФИ в рамках проекта 11-08-01244-а. Молекулярно-динамическое моделирование проводили на суперкомпьютере СКИФ-МГУ.