Σχεδιασμός υπερυδρόφοβων επιφανειών μέσω συστηματικού χαρακτηρισμού της μακροζωίας και θερμοδυναμικής σταθερότητάς τους

Λαμπράκου, Ζωή; Lamprakou, Zoi

dc.contributor.author	Λαμπράκου, Ζωή	el
dc.contributor.author	Lamprakou, Zoi	en
dc.date.accessioned	2018-12-06T12:29:56Z
dc.date.available	2018-12-06T12:29:56Z
dc.date.issued	2018-12-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48235
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15986
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διαβροχή	el
dc.subject	Υπερυδροφοβικότητα	el
dc.subject	Γωνία επαφής	el
dc.subject	Υστέρηση γωνίας επαφής	el
dc.subject	Ηλεκτροδιαβροχή	el
dc.subject	Wetting	en
dc.subject	Contact angle	el
dc.subject	Contact angle hysterisis	el
dc.subject	Superhydrophobic surfaces	el
dc.subject	Electrowetting	el
dc.title	Σχεδιασμός υπερυδρόφοβων επιφανειών μέσω συστηματικού χαρακτηρισμού της μακροζωίας και θερμοδυναμικής σταθερότητάς τους	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική επιφανειών και διεπιφανειών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/62a2c57147d6977ade2c8cb66f8f22079e6e4853
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-04
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η σχεδίαση και ο χαρακτηρισμός νέων υπερυδρόφοβων επιφανειών οι οποίες κατασκευάζονται με οικονομικές τεχνικές και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές, όπως η ανάπτυξη νέων επικαλύψεων στον τομέα της ναυτιλίας αλλά και την χρήση τους στο τομέα της μιρκορευστομηχανικής. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές τεχνικές για την κατασκευή υπερυδρόφοβων δειγμάτων τα οποία μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία. Στην πρώτη περίπτωση τα δείγματα προήλθαν από την εγχάραξη του υλικού Teflon με μια δέσμη laser είτε μόνο προς την μια διεύθυνση είτε και οριζόντια και κάθετα. Οι παραγόμενες επιφάνειες εμφανίζουν τυχαία τραχύτητα με δομή ‘’σπόγγου’’. Από την μέτρηση της γωνίας επαφής, της γωνίας δηλαδή που σχηματίζει η σταγόνα με την επιφάνεια στο σημείο όπου βρίσκονται σε επαφή οι τρείς φάσεις ( στερεό-υγρό, υγρό- αέριο), και της γωνίας κύλισης , της ελάχιστης κλίσης την οποία πρέπει να έχει η επιφάνεια ώστε να κυλίσει μια σταγόνα νερού, αποδείχθηκε η υπερυδρόφοβη συμπεριφορά και των δύο επιφανειών με την επιφάνεια η οποία είχε εγχαραχτεί και ως προς τις δύο διευθύνσεις να εμφανίζει γωνία επαφής 142ο και γωνία κύλισης 9-10ο ενώ η επιφάνεια η οποία έχει εγχαρακτεί μόνο ως προς την μια διεύθυνση εμφανίζει γωνία επαφής ίση με 147ο και γωνία κύλισης μικρότερη από 5ο . Στη συνέχεια και στις δύο επιφάνειες μετρήθηκε ο παγιδευμένος αέρας που συγκρατείται όταν η επιφάνεια βυθίζεται σε υδατικό λουτρό και συγκρίθηκε ο απαιτούμενος χρόνος αποδέσμευσης του αέρα από την επιφάνεια όταν αύτη είναι κάτω από την επιφάνεια του νερού. Μια επιφάνεια η οποία μπορεί να συγκρατήσει ένα στρώμα αέρα μπορεί να βρει εφαρμογή σε κλάδους όπως η ναυτιλία. Μια τέτοια επιφάνεια λοιπόν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επικάλυψη στα ύφαλα των πλοίων και το συγκρατούμενο στρώμα αέρα να λειτουργήσει ως λιπαντικό μέσο για την μείωση της τριβής κατά την πλεύση.Στις δύο επιφάνειες που κατασκευάστηκαν υπολογίστηκε ότι συγκρατείται η ίδια ποσότητα αέρα περίπου 10 μL αλλά υπήρχε σημαντική απόκλιση στον απαιτούμενο χρόνο που χρειάστηκε για να φύγει ο παγιδευμένος αέρας. Για την επιφάνεια η οποία είχε εγχαραχτεί και ως προς τις δύοδιευθύνσεις ο απαιτούμενος χρόνος για να φύγει ο παγιδευμένος αέρας βρέθηκε ότι είναι περίπου 8 ώρες ενώ για την επιφάνεια η οποία έχει εγχαρακτεί μόνο ως προς την μια διεύθυνση χρειάστηκε σχεδόν μια μέρα. Η δεύτερη κατηγορία δειγμάτων κατασκευάστηκε με την τεχνική της φωτολιθογραφίας (UV-NIL). Με την χρήση διαφορετικών μασκών παρήχθησαν δείγματα με διάφορες δομές καθώς και συνδυασμός αυτών. Σε όλα τα δείγματα μετρήθηκε η γωνία επαφής και η γωνία κύλισης. Στις δομές που εμφάνισαν την μεγαλύτερη γωνία επαφής και την μικρότερη γωνία κύλισης έγινε προσπάθεια αναπαραγωγής τους σε συνήθη πολυμερή υλικά και διαπιστώθηκε η ανάγκη χρήσης υλικών τα οποία εμφανίζουν υψηλή γωνία επαφής όταν η επιφάνειά τους είναι επίπεδη (γωνία Young) για την παραγωγή υπερυδρόφοβων επιφανειών. Στην συνέχεια επιλέχθηκαν τα δείγματα με την μικρότερη υστέρηση στη γωνία επαφής και υποβλήθηκαν σε πειράματα ηλεκτροδιαβροχής όπου ελέγχεται η μερική διαβροχή των επιφανειών από αγώγιμες σταγόνες . Αν και τα δείγματα εμφάνιζαν χαμηλή υστέρηση στη γωνία επαφής η μεταβολή της γωνίας επαφής με την εφαρμογή δυναμικού δεν ήταν ομαλή. Ωστόσο το δείγμα του πολυπροπυλενίου με δομές BS+pillars 10/10 έδωσε εκτός από ομαλή αλλαγή στην γωνία επαφής και την εμφάνιση της αντιστρεπτότητας του φαινομένου της ηλεκτροδιαβροχής.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is the design and characterization of cutting edge superhydrophobic surfaces, which will be constructed at the lowest possible cost and will find industrial applications such as coatings in the field of shipping or in the field of microfluidics. With that in mind, two different designing techniques were used to prepare the samples that were studied in this thesis. In the first case the samples were created by etching the Teflon material with a laser beam either in one direction or both horizontally and vertically. The resulting surfaces present with random roughness following a “sponge-like” structure. By measuring the contact angle, i.e. the angle that a droplet forms with the surface when the three phases (solid-liquid, liquid-gas) are on contact, and the tilt angle, i.e. the minimum tilt the surface must have in order for a drop of water to roll on the surface, the superhydrophobic behavior of both samples was demonstrated with the sample that had been engraved in both directions, having a contact angle of 142o and a tilt angle of 9-10o while the sample that was engraved only in one direction, shows a contact angle of 147o and a tilt angle of less than 5°. Moreover, the trapped air that is retained when the surface was submerged in an aqueous bath was measured in both samples and the required time of release of air from the surface when the surface is below the surface of water was compared. A surface that can retain a layer of air can found applications in the field of shipping as a coating surface in the hulls of ships on which the retained air will act as a lubricant reducing the friction during navigation. While in both samples it was calculated that the same amount of air was retained, about 10μL, on the surface engraved in both directions the time required to leave the trapped air was found to be about 8 hours whereas on the surface engraved in only one direction it took almost one day.The second sample class was constructed using the photolithography technique (UV-NIL). With the use of different masks, samples were produced with various structures as well as a combination of these structures. The contact angle and the tilt angle were measured in all samples. The structures with the highest contact angle and the lowest tilt angle were tried to be replicated in standard polymeric materials and the need to use 8 materials with high Young angle, i.e. the contact angle when their surface is level, for the production of superhydrophobic surfaces was found. The samples with the lowest contact angle hysteresis were then selected and subjected to electro-wetting experiments where the partial wetting of the surfaces produced by conductive drops was checked. Although the samples exhibited a low contact angle hysteresis, the change in contact angle with Voltage application was not smooth. However, in the sample of polypropylene with BS + pillars 10/10 structures, apart from smooth change in the contact angle, the reversible phenomenon was also presented.	en
heal.advisorName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	97 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true