اثر مارانگونی (یا اثر گیبس-مارانگونی) انتقال جرم در راستای فصل مشترک بین دو سیال به دلیل گرادیان کشش سطحی است. در حالت وابستگی دمایی، این پدیده جابجایی حرارتی-نوسانی یا جابجایی بنارد-مارانگونی نامیده میشود (Thermo-capillary convection or Benard-Marangoni convection))
- مکانیسم اثر مارانگونی
از آنجاییکه یک مایع با کشش سطحی نسبت به یک مایع با کشش سطحی کم، قویتر مایعات اطراف را میکشد، وجود گرادیان در کشش سطحی منجر به جریان یافتن از مناطق با کشش سطحی کم میشود. عوامل ایجاد گرادیان کشش سطحی میتوانند موارد زیر باشند:
- گرادیان غلظت
- گرادیان دما (کشش سطحی تابعی از دما است)
عدد مارانگونی که یک عدد بیبعد است را میتوان برای اثرات نسبی کشش سطحی و نیروهای ویسکوز بکار برد.
- مثال و کاربردهای اثر مارانگونی
مثالی آشنا از اثر مارانگونی، پایدار کردن فیلمهای صابون است. مثالی دیگر از اثر مارانگونی، رفتار سلولهای جابجایی است که سلولهای بنارد (Benard cells) نامیده میشوند.
برخی از کاربردهای اثر مارانگونی عبارتاند از:
- خشککردن ویفرهای سیلیکونی بعد از فرآیند مرطوب در حین تولید مدارهای یکپارچه: نقاط مایع باقیمانده بر سطح ویفر میتواند موجب اکسایش بشود که به اجزای ویفر صدمه میزند. برای جلوگیری از این امر، بخار الکل (IPA) یا ترکیب ارگانیک دیگری در فاز گازی، بخار یا ایروسول از نازل بر روی سطح ویفر مرطوب دمیده شده و در ادامه، اثر مارانگونی گرادیان کشش سطحی در مایع ایجاد میکند و به جاذبه امکان آسان و کاملتر کشیدن مایع را فراهم میکند و سطح خشکی بر جای میگذارد.
- استفاده در جوشکاری
- استفاده در رشد کریستالی
- استفاده در تابش الکترونی ذوب فلزات
- عدد مارانگونی
عدد بیبعد مارانگونی عبارت است از:
Ma=-(dγ/dT)*(L∆T/ηα)
- Γ: کشش سطحی است.
- L: طول مشخصه است.
- α: ضریب انتشار حرارتی است.
- η: ویسکوزیته دینامیک است.
- ∆T: اختلاف دما است.