Κίνηση σταγόνων υγρών διαφορετικού ιξώδους σε υπερυδρόφοβες επιφάνειες εκτραχυμένες με πλάσμα

Σαρκίρης, Παναγιώτης

dc.contributor.author	Σαρκίρης, Παναγιώτης	el
dc.date.accessioned	2018-12-20T10:25:45Z
dc.date.available	2018-12-20T10:25:45Z
dc.date.issued	2018-12-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48280
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9140
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	Υπερυδρόφοβες επιφάνειες, Εγχάραξη με πλάσμα, Μείωση τριβής	el
dc.subject	Superhydrophobic surfaces, plasma etching, drag reduction	en
dc.title	Κίνηση σταγόνων υγρών διαφορετικού ιξώδους σε υπερυδρόφοβες επιφάνειες εκτραχυμένες με πλάσμα	el
dc.contributor.department	Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Διαβροχή, υπερυδρόφοβες επιφάνειες, Μελέτη δυνάμεων τριβής επιφανειών με υγρά.	el
heal.classification	Wetting, Superhydrophobic surfaces, Friction between liquids and solids	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-30
heal.abstract	Τα φαινόμενα που συμβαίνουν κατά τα πρώτα δευτερόλεπτα της κίνησης σταγόνων πάνω σε επιφάνειες, καθώς και οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά την κίνηση αυτή, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας. Το ενδιαφέρον αυτό οφείλεται στις πολλαπλές εφαρμογές που μπορεί να έχει η απόκτηση αυτών των πληροφοριών. Για παράδειγμα ενδιαφέρον παρουσιάζει η κίνηση των σταγόνων όταν οι μελετώμενες επιφάνειες είναι υπερυδρόφοβες, με δυνατότητα μείωσης των τριβών και συνεπώς εξοικονόμηση ενέργειας. Για τους λόγους αυτούς, στην παρούσα εργασία μελετάται η κίνηση σταγόνων νερού και γλυκερίνης (δύο υγρών με μεγάλη διαφορά στο ιξώδες) πάνω σε υπερυδρόφοβες επιφάνειες που έχουν κατασκευαστεί μέσω εκτράχυνσης με πλάσμα οξυγόνου και εναπόθεσης ενός λεπτού υδρόφοβου υμενίου με πλάσμα C4F8. Ταυτόχρονα, ποσοτικοποιείται η δύναμη της τριβής που αναπτύσσεται κατά την κίνηση των σταγόνων νερού και γλυκερίνης, ενώ επίσης γίνεται εύρεση του συντελεστή τριβής για την κίνηση ρευστών πάνω σε υδρόφοβες και υπερυδρόφοβες επιφάνειες. Ακόμη γίνεται σύγκριση των δυνάμεων τριβής καθώς και των επιταχύνσεων των σταγόνων όταν κινούνται σε επιφάνειες με διαφορετική τοπογραφία, ενώ παράλληλα προσδιορίζεται υπολογιστικά το είδος της κίνησης των σταγόνων ως προς την ολίσθηση και την κύλιση. Τα αποτελέσματα αυτά προέκυψαν μέσω της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε και της μετέπειτα ανάλυσης των δεδομένων. Συγκεκριμένα, στήθηκε πειραματική διάταξη η οποία περιλαμβάνει μία αεροσήραγγα, μετρητικά όργανα της πίεσης σε αυτή, κάμερα υψηλών ταχυτήτων και τις υπερυδρόφοβες επιφάνειες που τοποθετήθηκαν μέσα στην αεροσήραγγα. Πάνω στις επιφάνειες τοποθετούνται οι σταγόνες νερού και γλυκερίνης, και μετά την εκκίνηση της αεροσήραγγας αρχίζει η καταγραφή της κίνησης των σταγόνων και η μέτρηση της πίεση στο εσωτερικό της αεροσήραγγας. Έπειτα, μέσω κατάλληλου λογισμικού, προσδιορίζεται η επιτάχυνση της σταγόνας και η οριακή δύναμη εκκίνησης της, ενώ ταυτόχρονα μέσω εφαρμογής των εξισώσεων του Νεύτωνα, υπολογίζεται η δύναμη της τριβής κατά την διάρκεια της κίνησης. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνοψίστηκαν προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα και συγκρίθηκαν με τις μελέτες άλλων ερευνητών πάνω σε αυτό το θέμα. Τα τελικά ευρήματα της παρούσας εργασία είναι ότι η δύναμη της τριβής ποσοτικοποιήθηκε στα 9 μΝ για υπερυδρόφοβες επιφάνειες, ενώ ο συντελεστής της τριβής k υπολογίστηκε στα 4,27. Επιπλέον βρέθηκε ότι η αύξηση του χρόνου κατεργασίας μέσω πλάσματος οξυγόνου των επιφανειών, και επομένως η δημιουργία μεγαλύτερων δομών, έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση υψηλών γωνιών επαφής, με ταυτόχρονα μικρές γωνίες υστέρησης, κάτι το οποίο συνεπάγεται σε μειωμένη τριβή κατά την κίνηση. Τέλος, βρέθηκε θεωρητικά ότι οι σταγόνες νερού κυλίονται πάνω σε υδρόφοβες και υπερυδρόφοβες επιφάνειες, ενώ ταυτόχρονα η αύξηση του χρόνου εκτράχυνσης μειώνει το ποσοστό κύλισης κατά την κίνηση ενώ αυξάνει το ποσοστό ολίσθησης.	el
heal.abstract	The phenomena that occur during the first seconds of drοplet motion on surfaces, as well as the forces developed, have attracted the interest of the research community. This interest is due to the applicability of superhydrophobic surfaces in many cases, such as where friction reduction and the corresponding energy savings. For these reasons, the present study investigates the movement of water and glycerin drops (two liquids of highly different viscosity) on oxygen plasma micro-nanotextured surfaces after fluorocarbon (C4F8 ) plasma deposition. The friction force developed during the movement of water and glycerol droplets is quantified, and the friction coefficient of droplets on hydrophobic and superhydrophobic surfaces is calculated. In addition, friction forces as well as drop accelerations are compared when moving on surfaces of different topography, while the type of droplet motion (sliding or rolling) is identified. These results were obtained through the following experimental process followed and the subsequent analysis of the data: Specifically, an experimental device was set up, which includes a wind tunnel, pressure measurement, a high speed camera and the superhydrophobic surfaces placed in the wind tunnel. The drops of water and glycerin are placed on the surfaces, and after the wind tunnel is started, recording of drop motion pressure begins. Using appropriate software, drop acceleration, drop movement threshold force are determined, while frictional force during motion is also calculated by applying Newton's equations. The results obtained were summarized and compared with the studies of other researchers. The final findings of the present study are that the friction force was quantified at 9 μN for superhydrophobic surfaces, while the coefficient of friction k was calculated at 4,27. In addition, it has been found that increasing the time of plasma treatment, and hence creating larger structures, results in higher contact angles, with smaller hysteresis angles, and reduced friction during motion. Finally, a theoretical analysis has shown that water droplets roll on hydrophobic and superhydrophobic surfaces, rather than sliding, while increasing of the duration of plasma treatment reduces the rolling versus the sliding component while increasing the slip rate.	en
heal.advisorName	Μαθιουλάκης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Γογγολίδης, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τσερέπη, Αγγελική	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουλάκης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	178
heal.fullTextAvailability	true