コロイド懸濁液の薄膜の平準化

コロイド懸濁液の薄膜における平準化の分析を提示します。コロイド粒子は、フィルムの厚さよりもはるかに小さいと想定されており、濃度依存性の粘度とバルク拡散率を通じてフィルムレオロジーに影響を与えます。潤滑理論に基づく結合された非線形部分微分方程式のシステムを使用して、バルクとフィルム表面のフィルムの高さと粒子濃度を記述します。線形安定性分析が適用され、多くの制限的なケースでのレベリングレートの式を開発します。可溶性粒子の場合、不溶性粒子の場合とは対照的に、マランゴニの数を短時間と長時間の両方でレベリングを遅くすることが存在することがわかっています。非線形シミュレーションは、線形理論が大きな振幅障害でもレベリング時間を正確に予測し、濃度依存性粘度とバルク拡散率の存在がレベリングを高速化することを示しています。この研究の結果は、コロイド粒子を搭載したコーティング、および可溶性界面活性剤を含むコーティングのレベリング速度を推定するのに役立つはずです。

We present an analysis of leveling in thin films of colloidal suspensions. The colloidal particles are assumed to be much smaller than the film thickness and influence the film rheology through a concentration-dependent viscosity and bulk diffusivity. A system of coupled nonlinear partial differential equations based on lubrication theory is used to describe the film height and the particle concentrations in the bulk and at the film surface. Linear stability analysis is applied to develop expressions for leveling rates in a number of limiting cases. It is found that for soluble particles, there exist regimes where increasing the Marangoni number slows down leveling at both short and long times, in contrast to the case of insoluble particles. Nonlinear simulations show that the linear theory accurately predicts leveling times even for large amplitude disturbances, and that the presence of a concentration-dependent viscosity and bulk diffusivity speed up leveling. The results of this work should be useful for estimating leveling rates in coatings laden with colloidal particles, and also in coatings containing soluble surfactant.