Βελτιστοποίηση γεωμετρικών χαρακτηριστικών επιφανειών για
ενισχυμένη υπερυδροφοβικότητα

Κρόκος, Βασίλειος; Krokos, Vasileios

dc.contributor.author	Κρόκος, Βασίλειος	el
dc.contributor.author	Krokos, Vasileios	en
dc.date.accessioned	2019-06-10T10:28:32Z
dc.date.available	2019-06-10T10:28:32Z
dc.date.issued	2019-06-10
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48824
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16635
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	Υπερυδροφοβικότητα	el
dc.subject	Μονοπάτια ελάχιστης ενέργειας	el
dc.subject	Μέθοδος χορδής	el
dc.subject	Ανεστραμένο τραπεζοειδές	el
dc.subject	Επιφάνεια με μοτίβο	el
dc.subject	Superhydrophobicity	en
dc.subject	Eikonal	en
dc.subject	Minimum energy paths	en
dc.subject	Patterned surface	en
dc.subject	String method	en
dc.subject	Wetting transitions	en
dc.subject	Young-Laplace equation	en
dc.title	Βελτιστοποίηση γεωμετρικών χαρακτηριστικών επιφανειών για ενισχυμένη υπερυδροφοβικότητα	el
dc.title	Optimazation of geometric characteristics of surfaces for improved superhydrophobicity	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική επιφανειών και διεπιφανειών	el
heal.classification	Surface and interfacial engineering	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-09-28
heal.abstract	Σκοπός αυτής της εργασίας είναι ο σχεδιασμός μιας υπερυδροφοβικής επιφάνειας δηλαδή μιας επιφάνειας στην οποία παρατηρείται φαινόμενη γωνία επαφής που μπορεί να ξεπερνάει τις 150 ο . Για να πραγματοποιείται αυτό μια σταγόνα υγρού που βρίσκεται πάνω στην επιφάνεια πρέπει να έχει κάποια συγκεκριμένα χαρακτηριστικά όπως η μειωμένη επαφή με το στερεό και πρακτικά η αιώρηση της. Αποτελέσματα αυτών είναι το ρευστό να κινείται ελεύθερα χωρίς τριβές πάνω στην επιφάνεια. Η κατάσταση που περιγράφηκε ονομάζεται Cassie-Baxter (CB) και σε αντίθεση με την Wenzel ( W) που χαρακτηρίζεται από εγκλωβισμό του υγρού, είναι η επιθυμητή κατάσταση για το ρευστό. Στόχος είναι ο προσδιορισμός γεωμετρικών χαρακτηριστικών που να δυσχεραίνουν την μετάβαση από την CB στην W. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε ένα δι-διάστατο μοντέλο, για να επιβεβαιωθεί η σωστή μοντελοποίηση του προβλήματος. Για την πρόβλεψη του σχήματος της σταγόνας χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό M ATLAB , που επιλέχθηκε κυρίως για την απλότητα του και την ευκολία στην απεικόνιση των αποτελεσμάτων. Ο κώδικας δημιουργήθηκε λαμβάνοντας υπόψιν τις ιδιαιτερότητες αυτής της γλώσσας και έτσι έχουν αποφευχθεί οι χρονοβόρες διαδικασίες οι οποίες έχουν αντικατασταθεί με άλλες γρηγορότερες. Στη συνέχεια για την πιο λεπτομερή εξέταση του προβλήματος έχει δημιουργηθεί ένα τρι-διάστατο μοντέλο. Οι υπολογιστικές απαιτήσεις αυτού του προβλήματος έκαναν αναγκαία την χρήση μιας πιο γρήγορης γλώσσας προγραμματισμού, εδώ επιλέχθηκε η Fortran. Ακόμα και έτσι ήταν απαραίτητη η παραληλλοποίηση του κώδικα για να εκτελείται σε ρεαλιστικό χρόνο. Αυτή έγινε με το πρωτόκολλο OpenMP, και οι υπολογισμοί έγιναν στο cluster της Σχολής Χημικών Μηχανικών. Για τον σχεδιασμό των επιθυμητών επιφανειών εξετάσθηκε η παραμετροποιημένη γεωμετρία του αντίστροφου τραπεζοειδούς. Εφαρμόστηκε η μέθοδος χορδής ( string method) για τον υπολογισμό των Μονοπατιών Ελάχιστης Ενέργειας ( Minimum Energy Paths – MEPs) της μετάβασης CB-W. Τα MEPs παρέχουν τα ενεργειακά φράγματα των μεταβάσεων (energy barriers) που ποσοτικοποιούν την υδροφοβικότητα με όρους ενέργειας π.χ. απαιτούμενη ενέργεια μετάβασης 10 -9 J. Επίσης τα MEPs αποκαλύπτουν τους μηχανισμούς της μετάβασης που ονομάζονται στην βιβλιογραφία T* Failure και H* Failure και σχετίζονται με τον τρόπο που το υγρό καταρρέει και διαβρέχει τον πυθμένα της γεωμετρίας. Μελετώντας τους μηχανισμούς αυτούς, προτάθηκαν αλλαγές στην αρχική γεωμετρία, οι οποίες δοκιμάστηκαν και επιβεβαιώθηκε η θετική επίδραση τους στην ενίσχυση της υδροφοβικότητας.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is the design of a superhydrophobic surface, apparent contact angle may surpass 150 o . Droplets on these surfaces are characterized by reduced contact with the solid and suspension on air. As a result the liquid moves freely, with almost zero friction on the surface. The described state is called Cassie-Baxter (CB) and in contrast with the Wenzel (W), which is described by pinning of the liquid on abrupt geometric features, is the desired state for the liquid. An efficient design of a superhydrophobic surface aims at determining the right geometric characteristics that maximize the liquid’s resistance to the CB-W transition. Initially a 2D model was formed in order to validate the correct modeling of the problem. For the prediction of the droplet shape the software MATLAB was used. It was chosen primary for its simplicity and its ability for easy and fast generation of graphics in real time. The code was developed by taking account any advantages and disadvantages of this particular language, so the time consuming techniques were avoided and replaced by more efficient ones. Furthermore, for a more detailed study of the problem a 3D model was formulated. A faster language was chosen, Fortran, due to the huge computational load. Even so, parallelization of the code was deemed necessary to obtain a solution in an acceptable time. The OpenMP protocol was used and all the simulations took place on the cluster of the School of Chemical Engineering. For the design of the desired surface, the geometry of the inverse trapezoid was studied. String method was applied for the determination of Minimum Energy Paths (MEPs) of the CB-W transition. MEPs provide the energy barriers of the transition, quantifying hydrophobicity in energy terms, e.g. required transition energy 10 -9 J. Also MEPs revealed the transition mechanisms described in bibliography, T* Failure and H* Failure, both describing the collapse of liquid-air interface. By studying the underlying mechanisms observed, a set of amendments was proposed. Those were tested and their positive contribution to maximization of surface’s hydrophobicity was confirmed.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	44 σ.
heal.fullTextAvailability	true