Details

Предмет исследования. Исследование особенностей испарения, поверхностных деформаций, разрывов, толщин капель и тонких плёнок жидкости, испаряющихся на нагреваемых поверхностях оптическими методами. Задача актуальна для проектирования систем охлаждения микроэлектронного оборудования, основанных на интенсивном испарении тонких плёнок жидкости. Цель работы. Измерение толщин тонких плёнок жидкости менее 20 мкм до десятков нанометров бесконтактными методами, а также анализ изменения скорости испарения с поверхности капли и тонкой плёнки жидкости. Метод. Приведены результаты измерений толщин тонких плёнок жидкости двумя оптическими методами: интерференционным с анализом изображений и шлирен-методом с градиентным фильтром. Основные результаты. Получены количественные данные по интенсивности испарения тонких капель жидкости на нагреваемых поверхностях для летучих и нелетучих жидкостей. Методом интерферометрии с анализом изображений измерены толщины плёнок жидкости вплоть до 40 нм и измерены величины динамических краевых углов смачивания испаряющейся тонкой капли жидкости. Применён шлирен-метод со ступенчатым фильтром для измерения толщин плёнок жидкости на чёрном кремнии. Использование подложки, поглощающей свет видимого диапазона, позволило измерить толщины плёнок жидкости до 2 мкм. По значениям углов наклона поверхности восстановлены толщина, площадь поверхности и объём капли для анализа интенсивности испарения. Практическая значимость. Представленные в работе два оптических метода измерения толщины тонких плёнок жидкости позволяют эффективно определять в динамике толщину и характеризовать множественные разрывы, происходящие при интенсивном испарении и нагреве. Данные методы могут применяться для измерения отступающего краевого угла смачивания.

The subject of study is evaporation characteristics, surface deformations, ruptures, thicknesses of droplets and thin films of liquid evaporating on heated surfaces by optical methods. The problem is relevant to the design of cooling systems for microelectronic devices based on the intense evaporation of thin liquid films. The aim of the work is measurement of thickness of thin liquid films from less than 20 microns to tens of nanometers using non-contact methods, and analysis of changes in the rate of evaporation from the surface of a drop and a thin film of liquid. Method. The results of thin liquid film thickness measurements applying two optical techniques are presented: the image analyzing interference method and the Schlieren method with a gradient filter. Main results. The quantitative data on the intensity of thin droplet evaporation on heated surfaces were obtained for volatile and non-volatile liquids. Interferometry with image analysis was used to measure the liquid film thicknesses down to 40 nm and to measure the dynamic contact angle of evaporating thin liquid droplet. The Schlieren method with a stepped filter was applied to measure the liquid film thickness on black silicon. The use of a substrate that absorbs light in the visible range allowed us to measure the thickness of liquid films down to 2 microns. From the surface tilt angles the thickness, surface area and volume of the droplet were reconstructed to analyze the evaporation intensity. Practical significance. The two optical methods for measuring the thin liquid films thickness presented in this work allow us to determine the thickness in dynamics and characterize multiple dry spots occurring during the intense evaporation and heating. These methods can be applied for measuring the receding contact angle.