«Έξυπνες» επιφάνειες με ελεγχόμενη διαβρετκτικότητα

Μαρκοδημητράκης, Ιωάννης; Markodimitrakis, Ioannis

dc.contributor.author	Μαρκοδημητράκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Markodimitrakis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2020-05-26T13:21:14Z
dc.date.available	2020-05-26T13:21:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50654
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18352
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	Pneumatic actuation	en
dc.subject	Electrowetting on dielectric (EWOD)	en
dc.subject	Micro droplet manipulation	en
dc.subject	Μεταβολή διαβρεκτικότητας με χρήση ηλεκτρικών πεδίων	el
dc.subject	Surfaces with adressable wettability	en
dc.subject	Διαβροχή και ηλεκτροδιαβροχή μαλακών στερεών υποστρωμάτω	el
dc.subject	Καθοδήγηση σταγόνων σε μικροκλίμακα	el
dc.subject	Πνευματική ενεργοποίηση μικροσταγόνων	el
dc.subject	Επιφάνειες μεταβαλλόμενης διαβρεκτικότητας	el
dc.subject	Soft wetting - soft electrowetting	en
dc.title	«Έξυπνες» επιφάνειες με ελεγχόμενη διαβρετκτικότητα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μικρορευστομηχανική	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-26
heal.abstract	Μέσω της μίμησης μηχανισμών και μορφολογιών στη φύση, έχει επιτευχθεί ο σχεδιασμός πλήθους τεχνητών μικρο- και νανοδομημένων επιφανειών με αξιοσημείωτες ιδιότητες. Υπερυδρόφοβες δομημένες επιφάνειες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές με μεγάλο εμπορικό και βιομηχανικό ενδιαφέρον εξαιτίας ιδιοτήτων όπως η υδατο-απωθητικότητα, η μειωμένη τριβή κατά την κίνηση ρευστών, η ικανότητα αυτοκαθαρισμού ή ακόμη και αντίσταση στο σχηματισμό πάγου. Παράλληλα η ανάπτυξη λειτουργικών ‘έξυπνων’ επιφανειών μεταβαλλόμενης διαβρεκτικότητας έχει προκαλέσει το ενδιαφέρον λόγω της πιθανής χρήσης τους στη διακίνηση μικροποσοτήτων ρευστών χωρίς να χρησιμοποιούνται μηχανικά μέρη. Στο πλαίσιο αυτό, στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί ο συστηματικός έλεγχος και χαρακτηρισμός τεχνητών μικροδομημένων επιφανειών μέσω τεχνικών μέτρησης γωνίας επαφής, γωνίας κύλισης σταγόνων και υστέρησης γωνίας επαφής. Ο χαρακτηρισμός είναι απαραίτητος για την εφαρμογή τους σε τομείς που περιλαμβάνουν χρήση υδατοαπωθητικών επιφανειών (π.χ. αυτοκαθαριζόμενα ηλιακά πάνελ, αυτοκαθαριζόμενα τζάμια), επιφανειών ελεγχόμενης τριβής (π.χ. πιθανή χρήση σε ύφαλα πλοίων) κ.α. Ταυτόχρονα, επιδιώκεται η πειραματική διερεύνηση της διαβροχής ‘έξυπνων’ επιφανειών μεταβαλλόμενης διαβρεκτικότητας. Συγκεκριμένα, η διερεύνηση μεθόδων ενεργοποίησης και απενεργοποίησης της κινητικότητας υγρών σταγόνων μπορεί να συμβάλει στον αποδοτικότερο έλεγχο σε μικρορευστομηχανικές διατάξεις. Η επίδραση ηλεκτρικών πεδίων, η πνευματική (pneumatic) ή θερμική (thermo-capillary) ενεργοποίηση είναι μόνο μερικές από τις τεχνικές ελέγχου που μπορούν να εφαρμοστούν για τη μετάβαση μεταξύ ακραίων καταστάσεων διαβροχής. Στο πρώτος μέρος της παρούσας εργασίας γίνεται χαρακτηρισμός νέων υπερυδρόφοβων επιφανειών με ιδιότητες που προήλθαν από έναν οικονομικό τρόπο κατασκευής. Δείγματα με δομές εμπνευσμένες από τη φύση υποβάλλονται σε πειράματα μέτρησης της γωνίας επαφής και της υστέρησης με σκοπό το χαρακτηρισμό τους για την πιθανή χρήση τους. Στο δεύτερο μέρος της διπλωματικής εξετάζεται μια μέθοδος ενεργοποίησης και ελέγχου της κινητικότητας μικροσταγόνας σε υδρόφοβη πορώδη επιφάνεια. Χρησιμοποιείται πορώδης επιφάνεια στην οποία ρυθμίζεται η πίεση παροχής αέρα μέσα από τους πόρους της. Η επιφάνεια έχει τη δυνατότητα διακίνησης σταγόνων όγκου μερικών μικρολίτρων(μL) μέσω της μεταβολής της πίεσης του παρεχόμενου αέρα. Στην παρούσα εργασία επιχειρείται ο συνδυασμός της παραπάνω μεθόδου με την επίδραση ηλεκτρικών πεδίων (electrowetting). Κατά την πειραματική διαδικασία ελέγχεται η επίδραση της ηλεκτροδιαβροχής στην αποκόλληση και κύλιση σταγόνων στην πορώδη επιφάνεια με δυνατότητα παροχής αέρα. Παράλληλα, γίνεται προσπάθεια ελέγχου διακίνησης μικροσταγόνων μέσω της ρύθμισης της πίεσης και της επίδρασης ηλεκτρικών πεδίων. Στο τρίτο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκαν πειράματα ηλεκτροδιαβροχής σε επιφάνειες με μαλακά διηλεκτρικά υποστρώματα. Η διερεύνηση των φαινομένων διαβροχής και ηλεκτροδιαβροχής σε μαλακά υποστρώματα είναι απαραίτητη για την κατανόηση της διαβρεκτικότητας μαλακών στερεών επιφανειών. Στην κατηγορία των μαλακών-ελαστικών υποστρωμάτων ανήκουν και οι βιολογικοί ιστοί, οι μηχανισμοί των οποίων διέπονται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ ελαστικών και τριχοειδών δυνάμεων. Τα πειράματα έχουν σκοπό να αναδείξουν τον ρόλο της ελαστικότητας στα τριχοειδή φαινόμενα και την επίδραση της στις ηλεκτροστατικές δυνάμεις που αναπτύσσονται.	el
heal.abstract	By mimicking mechanisms and morphologies in nature, the design of artificial micro- and nanostructured surfaces with remarkable properties has been achieved. Superhydrophobic patterned surfaces can be valuable in applications of great industrial and commercial interest due to their properties such as water-repellency, reduced fluid friction, self-cleaning ability or even resistance to ice formation and adhesion. At the same time, functional surfaces with addressable wettability have attracted strong scientific interest due to their potential use in applications involving liquid handling without moving parts. In this context, this thesis aims at the systematic characterization of artificial micro-structured surfaces through a series of specific experiments. Static and dynamic contact angle and hysteresis measurements are carried out. Surface characterization is essential for applications that include the use of water-repellent surfaces or surfaces with reduced friction. Moreover, the thesis aims at the investigation of wetting on functional surfaces with addressable wettability. In particular, exploring wetting and de-wetting techniques of liquid drops could contribute to improving the efficiency of microfluidic devices. The effect of an electric field, pneumatic or thermocapillary actuation are just some of the control techniques that can be applied to transit between wetting conditions (Wenzel to Cassie-Baxter and vice versa). In the first part of this work, new superhydrophobic surfaces are characterized. These surfaces were created by a low cost fabrication method with features inspired by nature. Surfaces decorated with mushroom-like and micro-pillar structures are subjected to contact angle and hysteresis measurements. The combination of proper design of the geometric features with the appropriate fabrication materials is crucial for the potential commercial use of superhydrophobic surfaces. In the second part of this thesis, we present droplet actuation and mobility manipulation on a hydrophobic porous medium. A porous medium is used under which the pressure is controlled (backpressure), thus ensuring a constant gas flow under the droplet through its pores. This surface enables micro-droplet actuation by varying the backpressure. In this work we attempt to combine the above actuation method with electrowetting. At the experimental procedure we observe the effects of the electrostatic pressure induced by electrowetting, on the pinning, depinning and rolling of droplets on the inclined porous surface. Alongside, it is attempted to control the mobility of a microdroplet by regulating backpressure and voltage. In addition to the results presented in section 5.2, tables and diagrams are provided in the Annex. In the third and last part of this work, electrowetting experiments were conducted on soft dielectric substrates. Investigating wetting phenomena on soft substrates is important for understanding the wetting of soft solids. Interactions between elastic and capillary forces on soft materials are ubiquitous in nature and play a major role in many biological mechanisms. Experiments are intended to elucidate the role of elasticity in capillary phenomena and their interaction with electrostatic forces significantly affecting droplets’ mobility.	en
heal.advisorName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.
heal.fullTextAvailability	false