본 논문에서는 저압 유기금속 기상성장(low pressure metal organic vapor phase epitaxy) 장치에 의해 성장된 InGaAsP/InP 구조의 상(phase) 분리현상(Spinodal 분해)이 photoluminescence (PL)의 강도와 반치폭(full-width at half maximum, FWHM)에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 시료의 격자부정합은 double crystal x-ray diffractometer를 사용하여 측정하였고, InGaAsP에피막의 Spinodal분해조직은 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM)을 사용하여 관측하였다. 격자부정합에서 도출된 부정합응력과 Spinodal 모듈레이션의 주기(periodicity)와 밀접한 관계가 있음이 밝혀졌다. 또한 이러한 InGaAsP에피막의 미세조직 구조와 시료의 광전 특성이 어떤 관계가 있는지 알기 위해 PL 실험을 수행했으며, PL강도와 FWHM이 조성 모듈레이션의 주기에 강하게 의존한다는 것을 알 수 있었다. 이 현상을 심층적으로 연구하기 위해 부정합응력이 야기할 수 있는 interaction 탄성변형 에너지라는 새로운 함수를 유도하였으며 이에 의하여 실험결과를 설명할 수 있었다.
The microstructure of polymer membranes produced via thermally induced phase separation (TIPS) of polymer solutions is a strong function of both the early-stage (by spinodal decomposition or nucleation & growth) and the late-stage phase separation (referred to in general as coarsening). In the case of early stage effects, the membrane morphology resulting from a nucleation & growth mechanism is either a poorly interconnecsed, stringy, beady structure which is mechanically fragile or a well interconnected structure with highly nonuniform pore sizes. In contrast, spinodal decomposition results in a well interconnected, mechanically strong membrane with highly uniform pore sizes. Here I describe recent quantitative studies of the coarsening effects on the microstructure of membranes produced via TIPS process. The dependence of microstructure on coarsening time, quench depth, solution viscosity, and polymer molecular weight was investigated in order to distinguish among three possible coarsening mechanisms, Ostwald ripening, coalescence, and hydrodynamic flow, which may be responsible for structural evolution after the early-stage phase Separation (spinodal decomposition or nucleation & growth).
A topological theory has been introduced to extend the theory of Balsara and Nauman to evaluate the entropy of in homogeneous polymer solutions. Previous theories have considered only the terms about the displacement of junction points, while the present theory has obtained a more complete expression for the entropy by adding the topological interaction terms between strands. There have been predicted the characteristics of the spinodal decomposition and the interfacial tension of polymer solutions from the resultant expression. It is exposed that the theoretically predictive values show good agreement with the experimental data for polymer solutions.
Liquid-liquid phase separation에는 nucleation and growth와 spinodal decomposition의 2가지 경로가 있다. 상온에서 고농도의 고분자 용액과 저량의 비용매의 조성의 근처에는 용해도 갭으로 들어가게 되면 비용매에 아주 미량의 고분자가 있는 조성을 갖는 핵이 고분자 용액 내에서 형성되고 이러한 핵은 여러게가 액적의 형태로 주위의 고분자 용액의 gelation에 의해서 성장이 멈출 때까지 커지게 된다. 여기서 어떤 고분자 상이 nucleation되는지가 매우 중요하게 된다. 실제 우리가 상전이 막을 제조할 경우는 대부분 10wt% 이상의 고분자 농도이므로 polymer-poor상이 nucleation이 된다. Spinodal decomposition의 경우는 용해도 갭을 빠르게 통과해서 nucleation이 일어나지 않고 spinodal line을 지나는 경우이다. 이러한 경우의 용액은 매우 불안정해서 약간의 농도 변화에도 자발적인 상분리가 일어나서 polymer-poor상과 polymer-rich상이 서로 얽혀져 있는 network구조를 형성하게 된다.
Phase behavior and spinodal phase separation kinetics in binary blends of a random copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene (75/25) [P(VDF/TrFE)] and poly(l,4-butylene adipate) (PBA) have been investigated by means of optical microscopic observation and time-resolved light scattering. The blends exhibited a typical lower critical solution temperature (LCST)∼${34}^{\circ}C$ above the melting temperature of the P(VDF/TrFE) crystals over the entire blend composition range. P(VDF/TrFE) and PBA were totally miscible in the temperature gap between the melting point of P(VDF/TrFE) and the LCST. Temperature jump experiments of the 3/7 P(VDF/TrFE)/PBA blend were carried out on a light-scattering apparatus from a single-phase melt state (${180}^{\circ}C$) to a two-phase region (205∼${215}^{\circ}C$). Since the late stage of spinodal decomposition (SD) is prevalent in the 3/7 blend, SD was analyzed using a power law scheme. Self-similarity was preserved well in the late stage of SD in the 3/7 blend.
We reported compositional separation(CS) into Co-enriched and Cri-enriched components inside the grains of Co-Cr based thin films prepared by rf sputtering. CS strongly depends on the sputtering conditions of substrate temperature and target composition. Tuning the microstructure of the Co-Cr films is important in order to employ the CS for high-density magnetic recording. We investigated the origin of CS from thermodynamic viewpoint. We employ a spinodal decomposition-like model to describe the origin of the CS in Co-Cr films. We consider the total free energy of the Co-Cr films as the sum of several free energies of; 1) thermodynamic mixing entropy of a binary solid solution, 2) magnetic ordering interaction(MOI) energy below the Curie temperature, and 3) excess interaction energy(XS) caused by the sputtering process as a function of temperature and composition. Those energies distorted the total free energy like the spinodal decomposition and caused the compositionally separated fine microstructure inside the grains. If the second derivative of the total free energy with respect to Cr composition becomes negative at a given substrate temperature, we may observe a metastable compositional separation inside the Co-Cr alloy films. We expect to exploit the microstructure of CS for ultra-high density magnetic recording.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제21권1호
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pp.1-16
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2017
The Allen-Cahn equation is solved numerically by operator splitting Fourier spectral methods. The basic idea of the operator splitting method is to decompose the original problem into sub-equations and compose the approximate solution of the original equation using the solutions of the subproblems. The purpose of this paper is to characterize higher order operator splitting schemes and propose several higher order methods. Unlike the first and the second order methods, each of the heat and the free-energy evolution operators has at least one backward evaluation in higher order methods. We investigate the effect of negative time steps on a general form of third order schemes and suggest three third order methods for better stability and accuracy. Two fourth order methods are also presented. The traveling wave solution and a spinodal decomposition problem are used to demonstrate numerical properties and the order of convergence of the proposed methods.
The effect of thermal aging at 475 ℃ and 750 ℃ of Z3CN20.09M cast duplex stainless steel (CDSS) on microstructure, mechanical and intergranular corrosion properties were investigated by transmission electron microscope (TEM), nano indenter, scanning electron microscope (SEM) and corrosion fatigue test system. The result indicated that the spinodal decomposition and G precipitated were occurred after aged at 475 ℃, as well as sigma precipitated at 750 ℃. The microstructure degeneration of ferrite was saturated after aged for 2000h and 200 h at 475 ℃ and 750 ℃ respectively. The mechanical properties, intergranular corrosion resistance and corrosion fatigue lives were continuing deteriorated with increasing the aging time at both temperatures. The difference of the degeneration mechanisms of Z3CN20.09M CDSS aged at 475 ℃ and 750 ℃ was analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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