2裂纹形成的原理、制备过程及结果

2.1裂纹形成原理

首先，大多数涂层是通过在表面上沉积含有分散胶体颗粒的挥发性液体制成的，通过将液体蒸发直到获得干膜。比如工业领域的常见例子是油漆，保护涂层（防腐蚀）和陶瓷膜[24]。涂料需要均匀和光滑，尤其是它们必须没有异质性，否则可能由于在固结期间产生高应力而引起开裂。在液膜中，挥发性溶剂的蒸发使得固体颗粒被限制在较小的体积，直到它们彼此直接接触，并形成固体多孔网络，即所谓的凝胶[25]。然后，进一步的蒸发使液体/空气界面弯曲成一组连接颗粒的半月板。因此，毛细管力在颗粒网络上施加了极强的压缩应力。当凝胶中产生的干燥应力超过材料的强度时，就会形成各种开裂模式[26-29]，同时，凝胶中的应力得到释放。特别地，在干燥过程的第一阶段，颗粒集中，直到形成饱和溶剂的多孔基质。蒸发表面的毛细管收缩受到基材上的粘附的限制，导致足够高的能够与材料内聚力竞争的拉伸应力。当应力达到阈值时，材料通过不同尺度的结构重新组织来响应，以释放增加的应力。在介观尺度上，应力释放可导致各种空间图案的形成，如裂纹。

在胶体膜的干燥过程中发生着不同的阶段。在第一阶段，蒸发速率恒定，接近于纯溶剂的蒸发速率，因此主要受周围相对湿度和温度的外部条件控制，这个阶段通常被称为恒定速率阶段。在这种状态下，颗粒的密度增加，直到形成一个饱和溶剂的紧密堆积网络，如图2.1。由薄膜与基材的界面和薄膜与空气的界面两者施加的边界条件导致顶层的毛细管收缩受到基材上的粘附限制，从而防止材料收缩，进而在薄膜中逐渐产生高的张力。