Συλλογή νερού από την υγρασία της ατμόσφαιρας, με χρήση υπερυδρόφοβων επιφανειών

Νιώρας, Δημήτρης; Nioras, Dimitris

dc.contributor.author	Νιώρας, Δημήτρης	el
dc.contributor.author	Nioras, Dimitris	en
dc.date.accessioned	2020-03-30T19:27:32Z
dc.date.available	2020-03-30T19:27:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49983
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17681
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Υδρόφιλες επιφάνειες	el
dc.subject	Πλάσμα	el
dc.subject	Υπερυδρόφοβες επιφάνειες	el
dc.subject	Συλλογή υγρασίας	el
dc.subject	Superydrphobic surface	en
dc.subject	Hydrophilic surface	en
dc.subject	Micro and nano texutred surface	en
dc.subject	Plasma	en
dc.subject	Dew collection	en
dc.title	Συλλογή νερού από την υγρασία της ατμόσφαιρας, με χρήση υπερυδρόφοβων επιφανειών	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική επιφανειών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-29
heal.abstract	Η ραγδαία αύξηση του πληθυσμού και η κλιματική αλλαγή απαιτούν ανάπτυξη νέων τρόπων για την παραγωγή πόσιμου νερού. Όλο και περισσότερο, ο επιστημονικός κόσμος, στρέφει την προσοχή του προς τη φύση, για να εμπνευστεί λύσεις στο πρόβλημα της λειψυδρίας. Τα σκαθάρια της ερήμου Ναμίμπ για παράδειγμα παρουσιάζουν μία ενδιαφέρουσα ικανότητα συλλογής νερού, που προέρχεται, κυρίως, από την μικροδομημένη επιφάνεια της πλάτης τους, που αποτελείται από διαδοχικές υδρόφιλες και υπερυδρόφοβες περιοχές. Τέτοια παραδείγματα έχουν αποτελέσει έμπνευση για την κατασκευή βιομιμητικών υλικών, με υβριδική διαβροχή (υδρόφιλα, υδρόφοβα μέρη), η οποία έχει πλεονεκτήματα κατά την συλλογή της υγρασίας από την ατμόσφαιρα. Στην παρούσα εργασία κατασκευάσαμε ένα σύστημα συλλογής νερού από την υγρασία του αέρα, και το αξιολογήσαμε με χρήση υπερυδρόφοβων επιφανειών που κατασκευάσαμε στο εργαστήριο. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήσαμε το PMMA (πολύ(μεθακρυλικό μεθύλιο), ένα εμπορικό πολυμερικό υλικό με πολύ καλές μηχανικές και χημικές ιδιότητες και το κατεργαστήκαμε με τεχνολογία πλάσματος. Με εγχάραξη πλάσματος, δημιουργήσαμε ιεραρχικές μικρο-νανο δομές στην επιφάνεια του PMMA και το μετατρέψαμε σε υπερυδρόφιλο. Στη συνέχεια πραγματοποιήσαμε εναπόθεση, με χρήση πλάσματος, ενός υπερλεπτού φθορανθρακικού υμενίου με χαμηλή επιφανειακή ενέργεια (τύπου Teflon) και μετατρέψαμε την επιφάνεια σε υπερυδρόφοβη. Ακολούθως μελετήθηκε η διαδικασία συμπύκνωσης υγρασίας, σε αυτές τις επιφάνειες, υπό ελεγχόμενες συνθήκες υγρασίας και θερμοκρασίας και έπειτα τα δείγματα αξιολογηθήκαν ως προς την ικανότητα τους για συλλογή νερού. Έπειτα από μελέτη διαφορετικών τοπογραφιών, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι υπερυδρόφοβες επιφάνειες παρουσιάζουν αυξημένη συλλογή νερού σε ποσοστό 60%, σε σύγκριση με τις ακατέργαστες επίπεδες επιφάνειες, ενώ η αύξηση φτάνει το 100% αν συγκριθεί με τις απλά υδρόφοβες επιφάνειες (PMMA με υδρόφοβη επίστρωση). Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν και με τις παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη μελέτη της συμπύκνωσης, στις οποίες παρατηρήσαμε ότι η υπερυδροφοβικότητα αυξάνει την κινητικότητα των συμπυκνούμενων σταγόνων της επιφάνειας, προκαλώντας την γρηγορότερη απομάκρυνση τους από αυτή. Αυτό με την σειρά του οδηγεί σε κενές θέσεις για νέες σταγόνες να συμπυκνωθούν αυξάνοντας το ρυθμό συλλογής νερού της επιφάνειας.	el
heal.abstract	The rapidly increasing population and the climate change call for the development of new ways to acquire potable water. Gradually, an increasing number of researchers observe nature for bioinspired water harvesting materials. For example, the beetles of Namib desert present interesting water collection abilities, which are mainly due to their microstructured bumpy surfaces comprising alternating wax-coated hydrophobic and non-waxy hydrophilic regions. Such examples provide inspiration for fabricating biomimetic materials with hybrid wetability for water harvesting from humid air. In this work we have constructed a home-made water harvesting system from humid air embedding micro-nanostructured superhydrophobic surfaces. We use Poly(methyl methacrylate) (PMMA) a commercial material with good mechanical properties as a water harvesting surface. Using oxygen plasma etching we create hierarchical roughness (micro-nano texture) on PMMA rendering it superhydrophilic. Subsequently, a plasma deposition of a low surface energy ultrathin fluorocarbon film (Teflon – like) renders the surface superhydrophobic. These superhydrophobic PMMA samples were then studied in the home-made apparatus both for the observation of droplet nucleation / condensation dynamics and water harvesting. We used a variety of samples and concluded that superhydrophobicity increases the water harvesting rate by 40% with respect to the untreated PMMA surface (hydrophilic), and 80% with respect to the untreated PMMA surface coated with a thin Teflon-like film (hydrophobic). Superhydrophobicity increases the mobility of the droplets, consequently their shedding off the surface. The faster a droplet sheds off the surface the faster a new spot will be available for nucleation of new drops resulting in a larger water collection rate.	en
heal.advisorName	Γογγολίδης, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Γογγολίδης, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Τσερέπη, Αγγελική
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτρης
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87
heal.fullTextAvailability	false