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Particle Adhesion and Removal
发布日期:2015-12-08  浏览

Particle Adhesion and Removal

[Book Description]

The book provides a comprehensive and easily accessible reference source covering all important aspects of particle adhesion and removal. The core objective is to cover both fundamental and applied aspects of particle adhesion and removal with emphasis on recent developments. Among the topics to be covered include: 1. Fundamentals of surface forces in particle adhesion and removal. 2. Mechanisms of particle adhesion and removal. 3. Experimental methods (e.g. AFM, SFA,SFM,IFM, etc.) to understand particle-particle and particle-substrate interactions. 4. Mechanics of adhesion of micro- and nanoscale particles. 5. Various factors affecting particle adhesion to a variety of substrates. 6. Surface modification techniques to modulate particle adhesion. 7. Various cleaning methods (both wet & dry) for particle removal. 8. Relevance of particle adhesion in a host of technologies ranging from simple to ultra-sophisticated.

[Table of Contents]
 
Preface                                            xv
Part 1: Particle Adhesion: Fundamentals            1  (200)
  1 Fundamental Forces in Particle Adhesion        3  (78)
          Stephen Beaudoin
          Priyanka Jaiswal
          Aaron Harrison
          Jennifer Laster
          Kathryn Smith
          Melissa Sweat
          Myles Thomas
      1.1 Introduction                             3  (1)
      1.2 Various Forces in Particle Adhesion      4  (65)
        1.2.1 Capillary Forces                     4  (23)
        1.2.2 van der Waals Forces                 27 (22)
        1.2.3 Electrostatic Forces                 49 (20)
      1.3 Summary                                  69 (1)
      References                                   70 (11)
  2 Mechanics of Particle Adhesion and Removal     81 (24)
          Goodarz Ahmadi
      2.1 Introduction                             81 (2)
      2.2 Models                                   83 (13)
        2.2.1 Particle Adhesion and Detachment     83 (6)
        Models
        2.2.2 Rough Particles Adhesion             89 (1)
        2.2.3 Charge Distribution                  90 (2)
        2.2.4 Electrostatic Forces                 92 (1)
        2.2.5 Capillary Force                      93 (1)
        2.2.6 Hydrodynamic Forces and Torque       93 (2)
        2.2.7 Particle Detachment Models           95 (1)
      2.3 Simulations Results                      96 (3)
      2.4 Summary and Conclusions                  99 (1)
      Acknowledgements                             100(1)
      References                                   100(5)
  3 Microscopic Particle Contact Adhesion          105(52)
  Models and Macroscopic Behavior of Surface
  Modified Particles
          Katja Mader-Arndt
          Zinaida Kutelova
          J?rgen Tomas
      3.1 Introduction                             105(2)
      3.2 Constitutive Contact Models              107(14)
        3.2.1 Elastic Contact Deformation          113(2)
        3.2.2 Elastic-plastic Contact              115(3)
        Deformation
        3.2.3 Plastic Contact Deformation          118(1)
        3.2.4 Unloading                            119(2)
      3.3 Macroscopic Powder Behavior -            121(3)
      Continuum Mechanics Approach
      3.4 Surface Modification to Alter the        124(6)
      Adhesion Properties
        3.4.1 Surface Free Energy: Dispersion      124(1)
        and Polar Components
        3.4.2 Glass Surface Cleaning Prior to      125(2)
        Silanization
        3.4.3 Silanization                         127(3)
      3.5 Experimental Measurements of the         130(16)
      Adhesion Forces
        3.5.1 Single Particle Adhesion             130(10)
        Measurements
        3.5.2 Shear Testing - Macromechanical      140(6)
        Approach
      3.6 Summary and Conclusions                  146(1)
      Acknowledgements                             147(1)
      List of Symbols                              147(1)
      References                                   148(9)
  4 Characterization of Single Particle            157(44)
  Adhesion: A Review of Recent Progress
          Armin Saeedi Vandat
          Cetin Cetinkaya
      4.1 Introduction                             157(2)
      4.2 Background                               159(8)
        4.2.1 Adhesion Models                      160(1)
        4.2.2 Measurement Methods                  161(1)
        4.2.3 Non-contact Adhesion                 161(1)
        Characterization of Single Particles
        4.2.4 Particle Adhesion to Nano-film       162(2)
        Coated Surfaces
        4.2.5 Non-contact Particle Manipulation    164(1)
        4.2.6 Molecular-scale Characterization     165(2)
        Challenges in Biological Adhesion
      4.3 Recent Developments                      167(26)
        4.3.1 Nonlinear Dynamics in Adhesion       167(10)
        Characterization of Micro-Particles
        4.3.2 Adhesion Characterization of         177(7)
        Monolayer Graphene by Vibrational
        Spectroscopy
        4.3.3 Controllable Rolling Motion of       184(9)
        Micro-Spherical Particles in SAW Fields
      4.4 Conclusions and Remarks                  193(1)
      Acknowledgments                              194(1)
      List of Symbols                              194(2)
      References                                   196(5)
Part 2: Particle Removal Techniques                201(342)
  5 High Intensity Ultrasonic Cleaning for         203(40)
  Particle Removal
          Sami B. Awad
          Nadia F. Awad
      5.1 Introduction                             204(1)
      5.2 Ultrasound and Ultrasonics               204(3)
        5.2.1 Ultrasound Waves                     205(1)
        5.2.2 Factors Hindering the                206(1)
        Transmission of Ultrasound Waves
        5.2.3 Principal Mechanism of High Power    206(1)
        Ultrasound
      5.3 Cavitation Phenomenon                    207(4)
        5.3.1 Cavitations and Micro-streaming      207(2)
        5.3.2 Frequency and Cavitation Abundance   209(1)
        5.3.3 Types of Cavitations                 210(1)
      5.4 Generation of Ultrasound - Transducers   211(6)
        5.4.1 Gas-driven Transducers               211(1)
        5.4.2 Liquid-driven Transducers            212(1)
        5.4.3 Electromechanical Transducers        213(2)
        5.4.4 Transducer Assembly                  215(1)
        5.4.5 Ultrasonic Immersible Transducers    216(1)
      5.5 Ultrasonic Generators                    217(2)
        5.5.1 Power Requirements                   217(1)
        5.5.2 Multi-Frequency Ultrasonic Systems   217(2)
      5.6 Principles of Ultrasonic Cleaning for    219(4)
      Particle Removal
        5.6.1 Cleaning Process Parameters          221(2)
      5.7 Determination of Residual Particles      223(2)
      on Surfaces
      5.8 Ultrasonic Aqueous Cleaning Equipment    225(3)
      and Process
      5.9 Precision Cleaning                       228(1)
      5.10 Contaminants                            228(2)
      5.11 Ultrasonic Cavitation Forces and        230(2)
      Surface Cleaning
        5.11.1 Requirements to Produce             231(1)
        Cavitations
      5.12 Cleaning Chemistry                      232(4)
        5.12.1 Selection of Ultrasonic Cleaning    234(1)
        Chemicals
        5.12.2 Maximizing the Overall Cleaning     235(1)
        Effect
      5.13 Mechanism of Cleaning                   236(2)
        5.13.1 Particle Removal                    236(1)
        5.13.2 Particle Removal Mechanism          236(1)
        5.13.3 Prevention of Particle              237(1)
        Re-deposition
        5.13.4 Cleaning Chemistry and Particle     238(1)
        Removal
      5.14 Cavitation Erosion                      238(1)
      5.15 Summary                                 239(1)
      References                                   239(4)
  6 Megasonic Cleaning for Particle Removal        243(38)
          Manish Keswani
          Rajesh Balachandran
          Pierre Deymier
      6.1 Introduction                             243(4)
        6.1.1 Wafer Cleaning                       244(3)
      6.2 Principles of Megasonic Cleaning         247(12)
        6.2.1 Acoustic Streaming                   248(3)
        6.2.2 Acoustic Cavitation                  251(8)
      6.3 Particle Removal Mechanisms During       259(3)
      Megasonic Cleaning
      6.4 Types of Megasonic Systems               262(2)
      6.5 Particle Removal and Feature Damage      264(10)
      in Megasonic Cleaning
      6.6 Summary                                  274(1)
      References                                   274(7)
  7 High Speed Air Jet Removal of Particles        281(32)
  from Solid Surfaces
          Kuniaki Gotoh
      7.1 Introduction                             281(1)
      7.2 Fundamental Characteristics of the       282(4)
      Air Jet
      7.3 Fundamentals of Air Jet Particle         286(14)
      Removal
        7.3.1 Definition of Parameters and         286(2)
        Removal Efficiency
        7.3.2 Effect of Pressure Drop APn and      288(2)
        Distance d on Removal Efficiency ri
        7.3.3 Effect of Impinging Angle 0          290(4)
        7.3.4 Effect of Scan Speed of Air Jet      294(1)
        7.3.5 Other Parameters Affecting the       295(5)
        Removal Efficiency
      7.4 New Methods Using Air Jet                300(7)
        7.4.1 Pulsed-jet Method                    300(4)
        7.4.2 Vibrating Air Jet Method             304(3)
      7.5 Summary and Prospect                     307(1)
      List of Symbols                              308(1)
      References                                   309(4)
  8 Droplet Spray Technique for Particle Removal   313(24)
          James T. Snow
          Masanobu Sato
          Takayoshi Tanaka
      8.1 Introduction                             313(1)
      8.2 Droplet Impact Phenomena                 314(4)
        8.2.1 Impact on Solid Surface              315(2)
        8.2.2 Crown Formation                      317(1)
        8.2.3 Impact on Liquid Film                318(1)
      8.3 Cleaning Process Window                  318(6)
        8.3.1 Theoretical Studies                  319(1)
        8.3.2 Experimental Studies                 320(4)
      8.4 Droplet Spray Technique for              324(7)
      Semiconductor Wafer Cleaning
        8.4.1 Initial Studies                      324(1)
        8.4.2 Droplet Distribution Optimization    325(4)
        8.4.3 Advanced Spray                       329(2)
      8.5 Summary                                  331(1)
      References                                   331(6)
  9 Laser-Induced High-Pressure Micro-Spray        337(28)
  Process for Nanoscale Particle Removal
          Daehwan Ahn
          Changho Seo
          Dongsik Kim
      9.1 Introduction                             337(3)
        9.1.1 Nanoscale Contamination Control      337(1)
        9.1.2 Review of Physical Cleaning          338(2)
        Methods
      9.2 Concept of Droplet Opto-Hydrodynamic     340(3)
      Cleaning (DOC)
      9.3 Micro-Spray Generation by LIB            343(1)
      9.4 Mechanisms of Particle Removal by        344(1)
      Laser-Induced Spray Jet
      9.5 Generation of Micro-Spray Jet            345(7)
        9.5.1 Experimental Setup                   345(1)
        9.5.2 Hydrodynamic Phenomena               346(6)
      9.6 Nanoscale Particle Removal               352(8)
        9.6.1 Experimental Setup                   352(1)
        9.6.2 Optimization of Micro-Spray Jet      352(3)
        9.6.3 Effect of Process Parameters         355(2)
        9.6.4 Sub-100 nm Particle Cleaning         357(3)
      9.7 Summary                                  360(1)
      References                                   360(5)
  10 Wiper-Based Cleaning of Particles from        365(46)
  Surfaces
          Brad Lyon
          Jay Postlewaite
      10.1 Introduction                            366(5)
        10.1.1 Why Wipe?                           366(1)
        10.1.2 Particle Cleanliness                367(4)
      10.2 Basic Mechanism of Wiping for           371(8)
      Cleaning of Particles and Other
      Contaminants
        10.2.1 Why Wiping Works                    371(2)
        10.2.2 Wiping Mechanisms for Particle      373(5)
        Removal
        10.2.3 Contamination Types                 378(1)
      10.3 Various Types of Wipers                 379(11)
        10.3.1 Fabric Construction                 381(4)
        10.3.2 Edge Type                           385(3)
        10.3.3 Selecting a Cleanroom Wiper         388(2)
      10.4 Proper Ways to Carry Out Wiping or      390(6)
      How to Use Wipers Properly
        10.4.1 The Purpose of Wiping               390(3)
        10.4.2 Wiping Methods                      393(2)
        10.4.3 Introductory Training Example       395(1)
        for Wiper-Based Particle Cleaning
      10.5 Characterization of Wipers              396(2)
        10.5.1 Methods to Assess Wiper Particle    396(2)
        and Fiber Contamination Levels
      10.6 Results Obtained Using Wiping           398(7)
        10.6.1 Test Method                         399(1)
        10.6.2 Experimental Setup                  400(1)
        10.6.3 Data Collection                     401(1)
        10.6.4 Results                             401(4)
        10.6.5 Comments                            405(1)
      10.7 Future Directions                       405(1)
        10.7.1 Nanotechnology                      405(1)
        10.7.2 Microfiber Technology               405(1)
      10.8 Summary                                 406(2)
      References                                   408(3)
  11 Application of Strippable Coatings for        411(42)
  Removal of Particulate Contaminants
          Rajiv Kohli
      11.1 Introduction                            411(1)
      11.2 Coating Description                     412(1)
        11.2.1 Coating Properties                  412(1)
      11.3 Types of Strippable Coatings            413(13)
        11.3.1 Solvent-Based Coatings              413(2)
        11.3.2 Water-Based Coatings                415(3)
        11.3.3 Coatings for Removal of             418(4)
        Radioactive Contamination
        11.3.4 Hazardous Materials Cleaning        422(1)
        11.3.5 UV Curable Coatings                 422(4)
      11.4 Issues with Strippable Coatings         426(1)
      11.5 Precision Cleaning Applications         427(16)
        11.5.1 Optical Surfaces                    427(8)
        11.5.2 Other Applications                  435(1)
        11.5.3 Non-Optical Cleaning Applications   436(7)
      11.6 Summary                                 443(1)
      Disclaimer                                   443(1)
      References                                   443(10)
  12 Cryoaerosol Cleaning of Particles from        453(24)
  Surfaces
          Souvik Banerjee
      12.1 Introduction                            453(2)
      12.2 History of Cryoaerosol Cleaning         455(1)
      12.3 Thermodynamics of Cryoaerosol           456(5)
      Processes
        12.3.1 Thermodynamics of CO2 Aerosol       457(3)
        Process
        12.3.2 Thermodynamics of Ar/N2             460(1)
        Cryogenic Aerosol System
      12.4 Cleaning Mechanism                      461(1)
      12.5 Factors Affecting Cleaning              462(7)
      Performance
        12.5.1 Moisture Control                    463(1)
        12.5.2 Control of Electrostatic Charging   463(2)
        12.5.3 Airflow Management                  465(1)
        12.5.4 Aerosol Particle Size Control       466(2)
        12.5.5 Gas Purity                          468(1)
      12.6 Results Obtained by Cryoaerosol         469(4)
      Cleaning
      12.7 Summary and Prospects                   473(1)
      References                                   474(3)
  13 Supercritical Carbon Dioxide Cleaning:        477(42)
  Relevance to Particle Removal
          Rajiv Kohli
      13.1 Introduction                            477(1)
      13.2 Surface Cleanliness Levels              478(1)
      13.3 Dense Phase Fluids                      479(10)
        13.3.1 Supercritical Carbon Dioxide        482(7)
      13.4 Principles of Supercritical CO2         489(4)
      Cleaning
        13.4.1 Cleaning Systems                    490(1)
        13.4.2 Costs                               491(2)
      13.5 Advantages and Disadvantages of         493(3)
      Supercritical CO2 Cleaning
        13.5.1 Advantages                          493(2)
        13.5.2 Disadvantages                       495(1)
      13.6 Applications                            496(6)
        13.6.1 Cleaning Spacecraft Components      497(1)
        and Planetary Protection
        13.6.2 Cleaning of Printing Rollers        498(1)
        13.6.3 Carbon Nanotubes                    498(1)
        13.6.4 Soil Cleaning with Ionic Liquids    499(1)
        and SCCO2
        13.6.5 Conservation of Historical Art      499(1)
        Objects and Structures
        13.6.6 Sterilization                       500(2)
        13.6.7 Monitoring of SCCO2 Precision       502(1)
        Cleaning Processes with the Quartz
        Crystal Microbalance
      13.7 Summary and Conclusions                 502(1)
      Acknowledgement                              503(1)
      Disclaimer                                   503(1)
      References                                   503(16)
  14 The Use of Surfactants to Enhance Particle    519(24)
  Removal from Surfaces
          Brian Grady
      14.1 Introduction                            519(1)
      14.2 Solid-Solid Interactions                520(4)
      14.3 Introduction to Surfactants             524(5)
      14.4 Surfactant Adsorption at Solid          529(6)
      Surfaces
      14.5 Surfactants and Particulate Removal     535(4)
      14.6 Prospects                               539(1)
      14.7 Summary                                 540(1)
      Acknowledgements                             540(1)
      References                                   540(3)
Index                                              543

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