يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تصنيع سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية لتطبيقات مضادة للتجمد

8.2K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/57635

⸱

أغسطس 15, 2018

 ,  ,  ,  , 
1Biocolloid and Fluid Physics Group, Faculty of Sciences, Applied Physics Department, University of Granada

في هذه المقالة

ملخص

نحن توضيح عدة منهجيات لإنتاج سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية واستكشاف خصائصها المضادة التجمد والمتانة.

الملخص

وتعرض عدة طرق لإنتاج الأسطح المعدنية سوبيرهيدروفوبيك في هذا العمل. واختير الألومنيوم كالركيزة المعدنية بسبب استخدامها على نطاق واسع في الصناعة. ويتابيليتي السطح المنتجة تم تحليلها بواسطة كذاب إسقاط التجارب وقد تم تحليل التضاريس بالفحص المجهري [كنفوكل]. وباﻹضافة إلى ذلك، نعرض مختلف منهجيات قياس المتانة وخصائص مضادة للتجمد. عقد السطوح سوبيرهيدروفوبيك نسيج خاصة التي يجب الحفاظ عليها للحفاظ على واتيرريبيلينسي. لاختلاق السطوح دائم، تابعنا استراتيجيتين لإدراج مادة مقاومة. الاستراتيجية الأولى إدماج مباشر خشونة إلى الركيزة المعدنية بالنقش حمض. بعد هذا تيكستوريزيشن السطحية، قد انخفضت الطاقة السطحية بترسب سيلانيزيشن أو فلوروبوليمير. الاستراتيجية الثانية هي نمو طبقة سريا (بعد تيكستوريزيشن السطحية) التي ينبغي أن تعزز السطحية الصلابة والمقاومة للتآكل. كان تناقص الطاقة السطحية مع فيلم حمض دهني.

تم فحص متانة السطوح سوبيرهيدروفوبيك اختبار تأثير الجسيمات، وارتداء الميكانيكية بالكشط الأفقي، ومقاومة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية. واستكشفت بدراسة القدرة على إلغاء subcooled المياه، تجميد التأخير، والجليد التصاق خصائص مضادة للتجمد.

المقدمة

سوبيرهيدروفوبيك (ش) الأسطح قادرة على صد المياه هو السبب في أن اقترحوا تقليديا كحل لمنع الجليد1،2. ومع ذلك، هناك مخاوف بشأن مدى ملاءمة السطوح SH لعوامل مضادة للتجمد: 1) ارتفاع تكاليف الإنتاج، سوبيرهيدروفوبيسيتي 2) أنه لا يؤدي دائماً إلى الجليد-فوبيسيتي3و 3) مشكوك فيها متانة SH السطوح4 . الأسطح سوبيرهيدروفوبيك عقد اثنين من الخصائص المتعلقة بتكوين الطوبوغرافيا والمادة الكيميائية على5: والخام، مع السمات الطوبوغرافية الخاصة؛ وهو منخفض من الطاقة السطحية (مسعور جوهريا).

خشونة على سطح الماء يؤدي إلى خفض النسبة بين منطقة الحقيقية الصلبة والسائلة ومنطقة الاتصال الظاهر. المياه ليست تماما على اتصال الصلبة بسبب6،لوتس تأثير7، عندما تقع على الانخفاض أو يتحرك على أسبيريتيس السطحية. في هذا السيناريو، واجهة الصلبة والسائلة أفعال تقوم بهذين المجالين الكيميائي: سطح صلب نفسها وفي فقاعات الهواء الصغيرة محاصرين بين الصلبة والمياه8. درجة صد الماء متصل بكمية الهواء المحبوس للبقع الهواء السلس وزاوية الاتصال الجوهرية هو 180°. بعض الدراسات عن إدراج مادة سطح هرمي مع الجزئي ونانو-أسبيريتيس الاستراتيجية المثلى لتوفير أفضل خصائص طارد المياه (وجود أكبر من الهواء في الواجهة الصلبة والسائلة)9. بالنسبة لبعض المعادن، هو استراتيجية منخفضة التكلفة لإنشاء ميزات مستويين خشونة النقش حمض10،11. وكثيراً ما يستخدم هذا الإجراء في الصناعة. مع تركيزات حمض والنقش بأوقات معينة، يكشف السطح المعدني خشونة الهرمية المناسبة. بشكل عام، هو الأمثل تخشين السطح باختلاف تركيز حامض أو النقش مرة كل12. الطاقة السطحية للمعادن عالية لهذا السبب، يتطلب تصنيع الأسطح المعدنية طارد المياه هيدروفوبيزيشن فيما بعد.

ويتحقق هيدروفوبيزيشن عموما بترسب مسعور الفيلم باستخدام أساليب مختلفة: سيلانيزيشن10،13،14من تراجع-طلاء، تدور-طلاء15، رش16 أو البلازما ترسيب17 . وقد سيلانيزيشن المقترح18 كواحدة من الأدوات الأكثر تبشيرا بالنجاح لتحسين متانة السطوح SH منخفضة. خلافا لغيرها من تقنيات الترسيب، هي عملية سيلانيزيشن استناداً إلى سند تساهمية بين المجموعات يا سي مع مجموعات الهيدروكسيل سطح الركيزة المعدنية10. عيب عملية سيلانيزيشن هو الحاجة إلى تنشيط الركيزة المعدنية السابقة لإنشاء مجموعات الهيدروكسيل كافية لدرجة عالية من التغطية والتوحيد. استراتيجية أخرى اقترحت مؤخرا على أسطح مقاومة لإنتاج سوبيرهيدروفوبيك هو استخدام الطلاءات التراب النادر19،20. الطلاء سريا بخاصيتين لتبرير هذا الاستخدام: يمكن أن يكون جوهريا مسعور21، وقوى ميكانيكيا وكيميائيا. على وجه الخصوص، هو واحد من أهم الأسباب لماذا يختارون كالطلاء بهم قدرات التآكل لحماية20.

لإنتاج طويلة الأمد SH الأسطح المعدنية، تعتبر مسألتين: يجب أن لا يكون معطوباً نسيج السطح، والفيلم/الطلاء مسعور يجب أن يكون راسخا إلى الركيزة. الأسطح يتعرض عادة ارتداء نشأت ب تأثير الكشط أو الجسيمات الأفقي4. في حالة تلف في أسبيريتيس، قد يكون تخفيضاً في واتيرريبيلينسي. ضمن البيئات المتطرفة، قد تتم إزالة جزئيا من السطح الطلاء مسعور أو قد تتحلل كيميائيا بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية، أو الرطوبة، أو التآكل. تصميم طلاء السطوح SH دائم يشكل تحديا هاما لطلاء والهندسة السطحية.

بالنسبة للمعادن، أحد المتطلبات الأكثر تطلبا أن قدرة مضادة للتجمد يرتكز على ثلاثة جوانب مترابطة22 كما هو مبين في الشكل 1: subcooled صد الماء وتأخير التجميد والتصاق الجليد منخفضة. الجليد في الهواء الطلق يحدث عندما subcooled المياه، عادة المطر يسقط ويأتي في اتصال مع سطح صلب وهو سرعة جمدتها التنو متغايرة23. الجليد شكلت (الصقيع) أرفقت بشدة إلى السطح. وهكذا، الخطوة الأولى لتجنب الجليد لتقليل وقت الاتصال الصلبة بالمياه. إذا كان السطح سوبيرهيدروفوبيك، يجوز طرد قطرات المطر من على سطح الأرض قبل التجميد. وباﻹضافة إلى ذلك، وقد ثبت أن الأسطح مع زاوية اتصال عالية تأخير تحت الظروف الرطبة، تجميد أكثر كفاءة من تلك التي مع زاوية اتصال منخفضة24. لهذين السببين، هي الأسطح SH الأسطح الأكثر ملائمة للتخفيف من تتويج للعملية. ومع ذلك، قد يكون عمر السطوح سوبيرهيدروفوبيك نقطة رئيسية نظراً لظروف الجليد العدوانية عادة25. وأبرمت بعض الدراسات أن الأسطح SH ليست أفضل خيار لتقليل التصاق الجليد26. مرة أشكال الجليد على السطح، فإنه يبقى المرفقة بشدة بسبب أسبيريتيس السطحية. يزيد الخشونة منطقة الاتصال سطح الجليد وأسبيريتيس بمثابة عوامل متشابكة26. ينصح باستخدام دائم SH الأسطح لتجنب الجليد إذا لم يكن هناك أي آثار للجليد الموجودة بالفعل على السطح.

في هذا العمل، ونحن نقدم العديد من البروتوكولات لإنتاج أسطح SH دائم على ركائز معدنية. نحن نستخدم الألومنيوم (Al) الركيزة لأنه يتم استخدامه على نطاق واسع في الصناعة، وإدراج خصائص مضادة للتجمد ذات أهمية خاصة لبعض التطبيقات (مرافق منتجعات التزلج، والملاحة الجوية، إلخ). نحن نعد ثلاثة أنواع من السطوح: سطح ال محكم المغلفة مع فلوروبوليمير طلاء، سيلانيزيد سطحية ال محكم مع فلوروسيلاني، وبلير حمض سريا ستارك على الركازة بن. مماثلة تقنيات17،،من2728،29 توفير 100-300 نانومتر سمك الفيلم أو حتى أحادي الطبقة الأفلام. لكل سطح، وقياس خصائصها التبول، وأجرت تجارب ارتداء. وأخيراً، قمنا بتحليل أدائهم مضادة للتجمد، باستخدام ثلاثة اختبارات تهدف إلى التحقيق بشكل مستقل في ثلاثة خصائص هو مبين في الشكل 1.

لدينا بروتوكول يستند على النظام هو مبين في الشكل 2. حالما يتم إعداد الأسطح SH Al، يتم تحليل خصائص ترطيب، والطوبوغرافيا لتحديد خصائص صد وميزات خشونة. ويتم تحليل خصائص ترطيب من كذاب إسقاط التجارب، وتقنية متصلة بالمياه الالتصاق الشد. نظراً لملاحظة انخفاض مستبعد المطلوبة، أن هذا الأسلوب فقط مناسبة للأسطح سوبيرهيدروفوبيك13. لكل من المعالجة السطحية، أننا على استعداد على الأقل أربع عينات لإجراء اختبارات مضادة للتجمد وعينات أربع أخرى إجراء اختبارات المتانة. وقد تم تحليل الأضرار بعد كل اختبار المتانة بقياس الخسائر في التبول خصائص وميزات خشونة. اختبارات المتانة مماثلة للمقترح منها في هذا العمل واستخدمت مؤخرا27،الأسطح المعدنية الأخرى30.

وفيما يتعلق باختبارات مضادة للتجمد، أن الهدف من هذه الدراسة تحديد ما إذا كان استخدام الأسطح SH Al المنتجة مريحة كعوامل مضادة للتجمد. ومن ثم، قمنا بتحليل، على سبيل المقارنة، أداء عينات مراقبة اثنين: أ) عينة ال غير معالجة (عينة ماء ناعمة) وب) هيدروفوبيزيد لكن غير محكم العينة (عينة مسعور السلس). لنفس الغرض، قد يكون استخدام محكم ولكن لا هيدروفوبيزيد السطح للفائدة. للأسف، هذا السطح الغاية قابل للبلل واختبارات مضادة للتجمد لا يمكن الاضطلاع عليها.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

ملاحظة: البروتوكول يتبع النظام هو مبين في الشكل 2.

1. إعداد نموذج

  1. القص والتنظيف
    1. استخدام إمالة معدنية، يقتطع 25 مم × 45 مم × 0.5 ملم قطع 250 ملم × 250 ملم × 0.5 مم صفائح الألومنيوم.
      ملاحظة: يجب إيلاء عناية خاصة عند استخدام القص معدنية، وقد يكون من الضروري تدريب خاص.
    2. إزالة الفيلم واقية تغطي جانب واحد عينة، وتغسل هذا الجانب باستخدام حوالي 50 مل من تنظيف الحل. تغسل العينات بلطف مع الأيدي القفاز. تجنب استخدام واءل الكاشطة.
    3. شطف العينات تماما في تدفق الماء المقطر. وفي وقت لاحق، تزج كل عينة في 30 مل إيثانول 96%، sonicate من 300 ثانية، وتكرار في 30 مل ماء عالي النقاوة ل 300 s.
    4. إزالة العينات من الماء وتجفيفها ح 1 في درجة حرارة الغرفة.
  2. حمض النقش
    1. لرد فعل النقش، وإعداد حل م 4 من HCl في الماء عالي النقاوة13. تزج كل عينة في 80 مل من هذا الحل ل 480 ق. رد فعل يصبح أكثر قوة بعد ما يقرب من 360 s، عندما تتم إزالة الطبقة السطحية أكسيد الأصلي.
      تنبيه: للسلامة، إجراء هذا التفاعل في غطاء محرك السيارة. ارتداء القفازات، ومعطف المعمل ونظارات واقية.
    2. بجوار الكأس التي تحتوي على حل حمض، إعداد آخر كوب ماء عالي النقاوة فجأة وقف رد الفعل. استخدام الملقط تترافلوروايثيلين، إزالة العينة من حمض الحل وتزج أنه في الماء. شطف العينة في وفرة المياه عالي النقاوة.
    3. جاف العينات تماما التي تهب عليها مع الهواء التي تمت تصفيتها ومضغوط. ملاحظة أن العينة بعد رد فعل النقش سوبيرهيدروفيليك والتجفيف فإنه يمكن أن يكون مهمة صعبة. بعد إزالة المياه التي تهب العيانية، إزالة آثار للماء في فرن على 120 درجة مئوية ل 600 s.
      ملاحظة: هذه عملية التجفيف في الأساسية، خاصة بالنسبة للعينات أن تكون سيلانيزيد لاحقاً.
  3. هيدروفوبيزيشن
    1. هيدروفوبيزيشن بفاس-17 سيلانيزيشن
      1. قبل سيلانيزيشن مرحلة البخار، معالجة العينات مع البلازما الجوية ل 600 s باستخدام بلازما أنظف تعمل في 100 دبليو هذه العملية تنشيط المجموعات الوظيفية السطحية (-مجموعات OH) التي تعمل كرابط للجزيئات سيلاني.
      2. وفي وقت لاحق، إدخال العينات داخل طبق بيتري زجاج يميل قليلاً مع المساعدة من طرف الماصة انحدر قليلاً على السطح. إيداع اثنين 50 ميليلتر قطرات ح 1، ح 1، ح 2، ح 2-بيرفلوروديسيل-تريثوكسيسيلاني (فاس-17) على طبق بيتري إلى جانب عينة13.
      3. تغطية صحن بيتري جزئيا ووضعه في مجففة إجلاء جوية بين عشية وضحاها. وأخيراً، تهوية مجففة. إزالة العينات، وجاهزة للاستخدام.
    2. هيدروفوبيزيشن من فلوروبوليمير (تترافلوروايثيلين) ترسب
      1. رذاذ محفوراً عينات16 من حوالي 10 سم مع حل فلوروبوليمير غير متبلور في مذيب الألومنيوم بنسبة 1/20 (v/v)16. يمكن استخدام الناشر عطر مليئة بالحل لهذا الغرض. ترك ليجف في درجة حرارة الغرفة ل 600 س. تكرار نفس العملية على سطح نظيف غير المحفور لجعل سطح ألمنيوم سلس مسعور (ص = 0.25±0.03 ميكرومتر).
      2. يطبق معطف ثانية وإدخال هذه العينات في فرن 110 درجة مئوية مقابل 600 s لضمان الإزالة التامة للمذيبات وكروسلينكينج للطلاء فلوروبوليمير. هذه العملية يزيد المتانة، كما هو مبين من قبل الشركة المصنعة.
    3. هيدروفوبيزيشن من ترسب الأحماض سريا ستارك
      1. تنظيف العينات محفوراً في الأسيتون والإيثانول المياه، sonicate لهم عن 300 s في المياه وتجفيفها في تدفق الهواء المضغوط.
      2. تزج في عينات31 في 50 مل محلول مائي يحتوي على 2 غ هيبتاهيدراتي ثلاثي كلوريد السيريوم (سيكل3·7H2س)، ومل 3 من 30% بيروكسيد الهيدروجين (حاء2يا2). احتضان العينة منغمسين في الحل في فرن 40 درجة مئوية ح 1.
      3. إزالتها من الحل، وشطفه بالماء المقطر والجافة في فرن 100 درجة مئوية مقابل 600 s.
      4. تزج العينة في محلول إيثانول 30 ملم من حمض دهني ل 900 ق، شطفة في الإيثانول والجافة في فرن 100 درجة مئوية مقابل 600 s.
        ملاحظة: مرة واحدة المجففة وتبريده إلى درجة حرارة الغرفة، على استعداد لاستخدام العينات. SH السطوح المنتجة مع حمض طلاء سريا ستارك يشار على سطح مصقول Ce-سا.

2-عينة وصف

  1. تحليل ترطيب
    1. كذاب تجارب الإفلات
      1. تقييم درجة صد الماء من العينة المنتجة من كذاب قطرات تجارب13. التحديد الكمي لعدد القفزات التي قدمها قطره التي يتم إصدارها من حقنه ثابتة إبرة الذي يقع في (10.1 ± 0.2) ملم فوق السطح. عادة ما يكون هو حجم قطره 4 ميليلتر.
      2. التقاط التسلسل مع كاميرا عالية السرعة. في برنامج اقتناء الفيديو عالية السرعة، إصلاح معدل اقتناء الصور 4200 في الثانية الواحدة ووقت التعرض إلى المايكروثانيه 235.
      3. حالما يتم تسجيل الفيديو، حدد التسلسل من لحظة عندما يتم تحرير القطرة حتى الانخفاض بالفعل على اتصال كامل بالعينة (لاحظ مستبعد لا أكثر). حفظ ملف الفيديو.
      4. لكل صورة، والكشف عن إسقاط التشكيل الجانبي باستخدام البرمجيات32. وفي وقت لاحق، تقدير عدد القفزات بالعين المجردة عند تشغيل تسلسل الفيديو. في حالة أنه لا يسهل التعرف، عد ماكسيما أعلاه موضع مركز الكتلة من انخفاض ثابت (أكثر من 15-20 ٪).
    2. إمالة لوحة التجارب
      1. يمكنك استخدام هذا الاختبار فقط لتحديد حجم الأضرار الناجمة عن كل اختبار ملابس معينة. تحليل الالتصاق القص من قطرات الماء مع إمالة لوحة التجارب (TPE)33 استخدام تصميم معمل إمالة جهاز34.
      2. استخدام صورة عرض الجانب اقتناء قطره لاطئة المودعة في العينة ثابتة إلى منصة إينكلينابل. أثناء الحصول على الصورة (بمعدل ثابت اقتناء 16 fps)، انحدر المنهاج مع السرعة الزاوية ثابتة (5 °/s). لذلك، التقاط صورة إسقاط كل درجة 0.31.
        ملاحظة: أعلاه بزاوية ميل محددة، الانخفاض يتحرك (الشرائح/رولز-إيقاف) على السطح وقد تخدم هذه الدولة لتحديد زوايا الاتصال المتقدمة وانحسار (هيئة مكافحة الفساد، وتقييم النتائج والكفاءات، على التوالي) في نفس الوقت. زاوية إمالة الحد الأدنى التي تنتج تشريد خط الاتصال عالمي (نقل النقاط شاقة وانحدار خط الاتصال في وقت واحد) يشار إلى زاوية انزلاق (SA). SA هي القيمة التي ذكرت هنا من TPE.
  2. قياسات خشونة
    1. تحليل الجزئي-خشونة العينات باستخدام مجهر [كنفوكل] ضوء أبيض. تعيين منطقة مسح 0.252 × 0,187 مم كل تضاريس واحدة.
    2. تأخذ على الأقل 4 طوبوغرافيات واحد كل عينة. استخدام هدف التكبير 50 س، الالتقاط 200 طائرة عمودية في خطوات عمودية من 0.2 ميكرون. تحديد عامل Ra (السعة خشونة الحسابية).

3-المتانة الاختبارات

ملاحظة: تقييم الأضرار الناجمة عن كل عامل ملابس بشكل منفصل. لا تجري اختبار ارتداء أكثر من واحد من كل عينة.

  1. اختبارات التآكل الجانبي
    ملاحظة: تجري اختبارات التآكل الجانبي (انظر الشكل 3 ألف) عن طريق الكاشطة خطي تجارية. يهدف هذا الاختبار إلى تقييم ارتداء الناجمة عن التشرد عرضية من تلميح الكاشطة القياسية ضد سطح. هذا الجهاز يسمح باستخدام مجموعة متنوعة من المواد الكاشطة، إعداد مجموعة واسعة من الضغوط التطبيق، الأفقي بسرعة ومجموع عدد دورات الكاشطة35.
    1. استخدام مطاط قياسية 10 CS الكاشطة، توفيرها من قبل الشركة المصنعة. إصلاح السرعة إلى 20 دورة/دقيقة تحكم الضغط التطبيقية باستخدام الأوزان. تعيين ضغط الحد الأدنى المسموح به من قبل الصك الذي يتوافق مع مجموع وزنها 350 غ.
      ملاحظة: نظراً لعرض تلميح (6.70±0.05 ملم)، والوزن المستخدمة، هو الضغط المقابلة التطبيقية لهذه الإعدادات 97.3±1.4 الجيش الشعبي الكوري. مجموع المساحة المستهلكة محدود بعرض التلميح والطول الإجمالي لكل دورة التآكل. تعيينها إلى 38.1 مم.
    2. لكل عينة، تقييم التآكل الناجم عن بعد دورات 1، 2، 3 و 5.
      1. بعد كل معاملة البلى، بلطف الفرشاة على السطح (باستخدام الفرشاة توفرها الشركة المصنعة)، شطف في الماء، وضربه على استخدام ضغط الهواء. تقييم الخصائص التبول باستخدام TPE، كما هو موضح في الفقرة 2.1.2.
  2. اختبار تأثير الجسيمات الكاشطة
    1. إجراء اختبار تأثير الجسيمات باستخدام الهيكل المبين في الشكل 3b، المستوحاة من السحجات معيار اختبار D968. الإفراج عن 30 مل (حوالي 55 غ) من الرمل الكاشطة قمع زجاج. حدد موقع في أسفل المتطرفة في سم (25±1) من على سطح الأرض.
    2. استخدام قمع صنبور قطرها مم (12±1) ويبلغ طوله (97±1) ملم. مكان القمع عمودياً، بينما تثمين 45° العينة. بعد يؤثر على العينة، جمع الرمال في حاوية وضعت أدناه.
    3. حالما تتم دورة ملابس، شطف السطح مع الماء المقطر والجافة في تدفق الهواء المضغوط وتقييم خصائص ترطيب قبل TPE (الفقرة 2.1.2). كرر هذه العملية بأكملها يصل إلى 3 مرات لكل عينة.
  3. اختبار تحلل السطح الأوزون الأشعة فوق البنفسجية
    1. إجراء الاختبار تدهور الأوزون الأشعة فوق البنفسجية باستخدام الأوزون نظافة. علاج كل عينة في درجة حرارة الغرفة ل 600 s وتكرار دورة مرة واحدة.
    2. وفي وقت لاحق، شطف السطوح في المياه وتجفيفها بالهواء المضغوط.
    3. تقييم خصائص ترطيب قبل TPE الموصوفة في الفقرة 2.1.2 لتحديد ما إذا كانت الخصائص سوبيرهيدروفوبيك تظل بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية.
  4. اختبار الغمر في الماء
    1. تقييم ارتداء الناجمة عن الاتصال المياه بعد هو مطولة غمر في الماء. إدخال العينة في كوب 100 مل من الماء عالي النقاوة ح 24.
    2. إزالة العينات من الماء وتجفيفها بالهواء المضغوط ووضعها في فرن 120 درجة مئوية ل 600 s للتأكد من إزالة الكلية للمياه من على سطح الأرض. عندما تماما هو المجففة السطح، تقييم خصائص ترطيب بعد التعرض المياه باستخدام البروتوكول، المذكورة في الفقرة 2.1.2.

4. تقييم كفاءة مضادة للتجمد

ملاحظة: يستند تقييم كفاءة مضادة للتجمد الجوانب الثلاثة هو مبين في الشكل 1.

  1. اختبار المياه subcooled نازف
    ملاحظة: يتم اختبار صد الماء subcooled عينات عن طريق الإعداد هو موضح في الشكل 4a. يتم عرض العينة داخل حجرة تجميد في –20 درجة مئوية، وهو ثابت على أعلى منصة ميلا (30 °). خليط من الثلج والماء المقطر في التوازن (في استقرار درجة حرارة 0 درجة مئوية) يوضع خارج غرفة التجميد.
    1. مضخة المياه الباردة داخل الدائرة باستخدام مضخة تمعجية وتعميمها داخل الثلاجة قبل يجري مقطر على العينة بمعدل منخفض من قطره 1 في كل 3 ثوان. وقد يسقط واحد وحدة تخزين ما يقرب من 50 ميليلتر.
    2. بمجرد بدء عملية نازف، التقاط صورة جانبية من العينة كل 10 s لتحديد ما إذا كان يحدث تراكم الجليد.
  2. تجميد تأخير الاختبار
    1. إجراء اختبار تأخير تجميد داخل غرفة التجميد نفسها المذكورة في القسم السابق.
    2. تحديد النسبة المئوية لقطرات لاطئة المودعة في العينة التي تجمد، لكل درجة الحرارة، خلال عملية تبريد من درجة حرارة الغرفة وصولاً إلى ما يقرب من-25 درجة مئوية. ويبين الشكل 4 باءالإعداد لهذا الاختبار.
    3. مستوى العينة (مع صفر إمالة) وإيداع قطرات لاطئة بعناية لتجنب لفة إيقاف. نظراً لكثرة تنقل من قطرات الماء طارد الأسطح، وضع عدد أقل منهم على عينات SH. تكرار التجربة للأسطح SH عدة مرات.
    4. مراقبة درجة الحرارة والرطوبة النسبية باستخدام حرارية-تحقيق. التحكم في الرطوبة النسبية (RH) مع مرطب تجارية. الصحة الإنجابية هو تقريبا 95% عندما يتم تبديل المرطب، وأنه يقلل وصولاً إلى حوالي 40% عند إيقاف تشغيل المرطب.
    5. استخدم حوالي 200 قطرات من 30 ميليلتر كل عينة (إسقاط تجميد ظاهرة عشوائية، والتحليل يتطلب استخدام عدد كبير من قطرات).
      ملاحظة: وهكذا، لهذا الاختبار استخدام عينات أكبر من تلك التي تستخدم لبقية الدراسات. وفي هذه الحالة الحجم 125 مم × 62.5 مم والتكيف مع بروتوكول أحفر أما بعينه أو هيدروفوبيزي على الأسطح لإبعاد نموذج جديد.
    6. ضع العينة في منتصف الجزء السفلي من الثلاجة فوق منصة عزل. إيداع بلطف صفيف قطرات 70 كل عينة (25 للعينة سوبيرهيدروفوبيك). إغلاق الثلاجة وقم بتشغيله.
      ملاحظة: درجة الحرارة يقلل خطيا في وقت من الأوقات من درجة حرارة الغرفة وصولاً إلى ما يقرب من-25 درجة مئوية. ويتوقف معدل التبريد في الرطوبة النسبية. في الرطوبة النسبية منخفضة (المرطب غير موصول)، يأخذ العملية برمتها تقريبا 2 ساعة، في حين أنه يأخذ وقتاً أقل (حوالي 1 ساعة) إذا كان متصلاً المرطب. مرة واحدة درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية، تبدأ قطرات نوكليتي.
    7. عد قطرات المجمدة لكل درجة الحرارة (في فترات من 0.5 درجة مئوية)، حتى كل ما يتم تجميد مجمل القطرات.
  3. اختبار التصاق الجليد
    1. تحديد حجم القوة التي ينبغي أن تطبق على فصل (سحب) قطعة من الجليد مع جهة اتصال يمكن السيطرة عليها بمنطقة التي شكلت في كل عينة. تنفيذ هذه الاختبارات باستخدام الهيكل المبين في الشكل 4 ج.
    2. قطع أنبوب تترافلوروايثيلين مع قطرها الداخلي من 10 ملم في اسطوانات من الارتفاع ~ 28 مم باستخدام مقص. اضغط على الاسطوانة ضد العينة. ملء مع 1.2 مل ماء المقطر. إدخال اسطوانة معبئة في غرفة التجميد وانتظر ح 1.
      ملاحظة: مرة واحدة المياه المجمدة تماما، بشدة هو ثابتة العينة مع الاسطوانة إلى منصة استخدام لوحة مهاجم.
    3. التعادل اسطوانة لقياس قوة رقمية استخدام خيط نايلون. تعتمد طريقة هذه الاسطوانة مرتبط بالموضوع والتوجه للأسطوانة فيما يتعلق بمؤشر الترابط على التصاق نوع (القص أو الشد) الذي يخضع للتقييم. إصلاح هذا قياس لموقف اختبار محركات. إغلاق غرفة التجميد وانتظر 600 s.
    4. تحل محل القياس من العينة سرعة ثابتة (10 ± 0.5) ملم/دقيقة.
      1. ضبط هذه السرعة يدوياً داخل لوحة تحكم موقف اختبار المحركات. انقر فوق رمز برنامج مراقبة قراءات المقوى أداة. اضغط على بدء لتسجيل القوة.
      2. بعد ذلك مباشرة الانتقال المقوى أداة صعودا بحفظ الضغط أسفل الإزاحة الرأسية داخل لوحة تحكم المحركات الاحتياطية.
    5. عندما ينتج تشريد دينامومتر فيما يتعلق بالعينة امتداداً للموضوع، وفصل للجليد من العينة، انقر فوق إيقاف وحفظ ملف البيانات الذي تم إنشاؤه.
      ملاحظة: شاشات القياس القوة من حيث الوقت. معرفة السرعة التي المقوى أداة المشردين (10 ملم/دقيقة)، تحديد القوة من حيث التشرد. ويعمل هذا لتحديد قوة تمزق (الإبقاء على القوة القصوى) وقوة الالتصاق في وحدة المساحة.
    6. تقييم الالتصاق القص عند السحب قبالة تجري أفقياً. القوة في هذه الحالة موازية تطبق على منطقة الاتصال (انظر الشكل 4 باء). لهذا الغرض، إصلاح العينة رأسياً وتوصيل الاسطوانة الأساسية لمؤشر الترابط باستخدام حلقة معدنية. سحب هذا الطوق بالقياس حتى ينفصل العينة من على سطح الأرض بالتشرد القص.
      ملاحظة: اختبار الالتصاق الشد تقييم القوة الذروة والعمل بحاجة إلى فصل قطعة من الجليد من على السطح عندما يتم سحبها عمودياً.
    7. وفي هذه الحالة، حفر اثنين من الثقوب الصغيرة على جدار الاسطوانة التي تعمل على توصيل الاسطوانة للقياس. ثم تسحبه عمودياً حتى أخيرا هو فصل الجليد من على سطح الأرض.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ويبين الشكل 5خصائص ترطيب وخشونة الأسطح SH التي استخدمت في هذه الدراسة. يتم عرض متوسط عدد القفزات يقاس لكل عينة في الشكل 5a ومتوسط الخشونة هو مبين في الشكل 5 (ب). لا يوجد ارتباط بين الخشونة وترطيب خصائص. ويوافق عدد القفزات قياس العينة المغلفة تترافلوروايثيلين عينة Ce-سا. إلا أن تكون العينة Ce-سا وضوح أخشن (~ 40% أكبر قيمة Ra). في المقابل، قيمة را للعينة فاس-17 مشابهة جداً تترافلوروايثيلين، بينما خواصه...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

في هذه الورقة، ونظهر استراتيجيات لإنتاج أسطح طارد المياه على ركازات الألومنيوم. وباﻹضافة إلى ذلك، نعرض الأساليب لتوصيف خصائص ترطيب وخشونة، والمتانة والأداء مضادة للتجمد.

لإعداد الأسطح SH، قمنا باستخدام استراتيجيتين. الاستراتيجية الأولى تتضمن درجة خشونة السليم إلى تحقيق البنية الهرمية الجوهرية للأسطح SH بالنقش حمض. هذه العملية حاسمة بشكل خاص، مما قد يتطلب المزيد من العمل للمعادن الأخرى أو ركازات الألومنيوم مع تكوين مختلفة. البحث عن شروط النقش الصحيح فقد تكون مشكلة ويتطلب عادة المسح من وقت النقش...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدينا شيء الكشف عنها.

شكر وتقدير

أيد هذا البحث المشاريع: MAT2014-60615-R و MAT2017-82182-R تمولها وكالة أبحاث الدولة (SRA)، وصندوق التنمية الإقليمية الأوروبية (سيطلب).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
حمض الهيدروكلوريك ، 37٪SICAL ، SAAC07411000يستخدم في النقش الحمضي
1H ، 1H ، 2H ، 2H-Perfluorodecyltriethoxysilane ، 97٪Sigma-Aldrich658758يستخدم للسيلان مع FAS-17
Dupont AF1600DupontD10389631المستخدمة في ترسيب فلوروبوليمر
FC-723M ، الفلورينيت1100-2-93المستخدمة في ترسيب فلوروبوليمر (مذيب فلوروكربون) هيبتاهيدرات
كلوريد السيريوم (III) ، 99.9٪Sigma-Aldrich228931تستخدم لترسيب طلاء سيريا
محلول بيروكسيد الهيدروجين ، 30٪Sigma-AldrichH1009المستخدمة لترسيب طلاء سيريا
حمض دهني ، & ge ؛ 98.5٪Sigma-AldrichS4751المستخدمة في ترسيب طلاء سيريا
الإيثانولSICAL ، SA16271المستخدمة في جميع أنحاء
الأسيتونSICAL ، SA1090تستخدم في جميع أنحاء
صفائح الألمنيوم 0.5 ممMODULOR (ألمانيا)125993الركائز المستخدمة من خلال
محلول التنظيف المركز Micro-90Sigma-AldrichZ281506
Milli-Q الماءMilliporeتوقفعن استخدامه في جميع أنحاء
البلازما Etcher / Asher / Cleaner EMITECH K1050XAnameK1500XDEV-001المستخدمة في جميع أنحاء
برنامج PCC، توقفت AMETEKعن التحكم في الكاميرا عالية السرعة Phantom MIRO 4
عالية السرعة كاميرا Phantom Miro 4AMETEKتوقفتعن استخدامها لتجارب السقوط المرتدة
Open Loop PL & micro 2.32UPC-CD6 & شركة Sensofar Tech S.L.الإصدار 2.32Sofware التحكم في PL & micro ؛ جهاز تعريف التصوير متحد البؤر
Pl & micro - Imaging Confocal Profiler 2300Sensofar Tech S.L.توقفعن استخدامه لقياسات الخشونة TABER
5750 LINEAL ABRASERTABER5750المستخدم في اختبارات التآكل الجانبي
الرمل الجلب: ASTM 20-30 SAND C778شركة السيليكا الأمريكية (الولايات المتحدة الأمريكية)1-800-635-7263المستخدمة في اختبارات تأثير الأجزاء الكاشطة
منظف الأوزون: PSDP-UV4T ، نظام الأوزون الرقمي للأشعة فوق البنفسجيةNovascamتوقفاختبار
تحلل الأوزون بالأشعة فوق البنفسجيةالمضخة التمعجية GILSON 312 ، فرنساجيلسون (فرنسا)توقفتعن استخدامها لاختبار تقطير الماء
خيط النايلونخط الصيد دراكون ، Izorline internacional، inc. (الولايات المتحدة الأمريكية)توقفعن استخدامها لاختبارات التصاق الجليد
مقياس القوة الرقمي (ZTA-200N ، سلسلة ZTAIMADA (الولايات المتحدة الأمريكية)370199المستخدمة في اختبارات التصاق الجليد
حامل اختبار آلي I ، MH2-500N-FAIMADA (الولايات المتحدة الأمريكية)366942يستخدم لاختبارات التصاق الجليد
Force Recorder ProfessionalIMADA (الولايات المتحدة الأمريكية)الإصدار 1.0.2المقدم من IMADA لتسجيل القوة
HYGROCLIP XD - STANDARD PROBEROTRONICDISCONTINUEDمسبار درجة الحرارة والرطوبة
HW3 LiteRotronicالإصدار 2.1.2Sofware يتحكم في مسبار HYGROCLIP
Ultra نقاء برنامج برنامج

المراجع

  1. Fang, G., Amirfazli, A. Understanding the anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces. Surface Innovations. 2 (2), 94-102 (2014).
  2. Wang, N., et al. Robust superhydrophobic coating and the anti-icing properties of its lubricants-infused-composite surface under condensing condition. New Journal of Chemistry. 41 (4), 1846-1853 (2017).
  3. Jung, S., et al. Are superhydrophobic surfaces best for icephobicity? Langmuir. 27 (6), 3059-3066 (2011).
  4. Milionis, A., Loth, E., Bayer, I. S. Recent advances in the mechanical durability of superhydrophobic materials. Advances in Colloid and Interface Science. 229, 57-79 (2016).
  5. Li, X. -M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. Chemical Society Reviews. 36 (8), 1350-1368 (2007).
  6. Sun, M., et al. Artificial Lotus Leaf by Nanocasting. Langmuir. 21 (19), 8978-8981 (2005).
  7. Darmanin, T., Guittard, F. Superhydrophobic and superoleophobic properties in nature. Materials Today. 18 (5), 273-285 (2015).
  8. Marmur, A. Soft contact: Measurement and interpretation of contact angles. Soft Matter. 2 (1), 12-17 (2006).
  9. Li, W., Amirfazli, A. Hierarchical structures for natural superhydrophobic surfaces. Soft Matter. 4 (3), 462-466 (2008).
  10. Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodríguez-Criado, J. C., Cabrerizo-Vílchez, M., Rodríguez-Valverde, M. A., Guerrero-Vacas, G. Towards super-nonstick aluminized steel surfaces. Progress in Organic Coatings. 109, 135-143 (2017).
  11. Yuan, Z., et al. Fabrication of superhydrophobic surface with hierarchical multi-scale structure on copper foil. Surface and Coatings Technology. 254, 151-156 (2014).
  12. Varshney, P., Mohapatra, S. S., Kumar, A. Superhydrophobic coatings for aluminium surfaces synthesized by chemical etching process. International Journal of Smart and Nano Materials. 7 (4), 248-264 (2016).
  13. Ruiz-Cabello, F. J. M., et al. Testing the performance of superhydrophobic aluminum surfaces. Journal of Colloid and Interface Science. 508, 129-136 (2017).
  14. Mahadik, S. A., et al. Superhydrophobic silica coating by dip coating method. Applied Surface Science. 277, 67-72 (2013).
  15. Xu, L., Karunakaran, R. G., Guo, J., Yang, S. Transparent, superhydrophobic surfaces from one-step spin coating of hydrophobic nanoparticles. ACS Applied Materials & Interfaces. 4 (2), 1118-1125 (2012).
  16. Montes Ruiz-Cabello, F. J., Amirfazli, A., Cabrerizo-Vilchez, M., Rodriguez-Valverde, M. A. Fabrication of water-repellent surfaces on galvanized steel. RSC Advances. 6 (76), 71970-71976 (2016).
  17. Li, L., Breedveld, V., Hess, D. W. Creation of superhydrophobic stainless steel surfaces by acid treatments and hydrophobic film deposition. ACS Applied Materials & Interfaces. 4 (9), 4549-4556 (2012).
  18. Wang, N., Xiong, D., Deng, Y., Shi, Y., Wang, K. Mechanically robust superhydrophobic steel surface with anti-icing, UV-durability, and corrosion resistance properties. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (11), 6260-6272 (2015).
  19. Azimi, G., Kwon, H. -M., Varanasi, K. K. Superhydrophobic surfaces by laser ablation of rare-earth oxide ceramics. MRS Communications. 4 (3), 95-99 (2014).
  20. Liang, J., Hu, Y., Fan, Y., Chen, H. Formation of superhydrophobic cerium oxide surfaces on aluminum substrate and its corrosion resistance properties. Surface and Interface Analysis. 45 (8), 1211-1216 (2013).
  21. Azimi, G., Dhiman, R., Kwon, H. -M., Paxson, A. T., Varanasi, K. K. Hydrophobicity of rare-earth oxide ceramics. Nature Materials. 12, 315(2013).
  22. Ruan, M., et al. Preparation and anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces on aluminum alloy substrates. Langmuir. 29 (27), 8482-8491 (2013).
  23. Yin, L., et al. In situ investigation of ice formation on surfaces with representative wettability. Applied Surface Science. 256 (22), 6764-6769 (2010).
  24. Boinovich, L., Emelyanenko, A. M., Korolev, V. V., Pashinin, A. S. Effect of wettability on sessile drop freezing: when superhydrophobicity stimulates an extreme freezing delay. Langmuir. 30 (6), 1659-1668 (2014).
  25. Antonini, C., Innocenti, M., Horn, T., Marengo, M., Amirfazli, A. Understanding the effect of superhydrophobic coatings on energy reduction in anti-icing systems. Cold Regions Science and Technology. 67 (1-2), 58-67 (2011).
  26. Chen, J., et al. Superhydrophobic surfaces cannot reduce ice adhesion. Applied Physics Letters. 101 (11), 111603(2012).
  27. Adam, S., Barada, K. N., Alexander, D., Mool, C. G., Eric, L. Linear abrasion of a titanium superhydrophobic surface prepared by ultrafast laser microtexturing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (11), 115012(2013).
  28. Li, X. -W., et al. Low-cost and large-scale fabrication of a superhydrophobic 5052 aluminum alloy surface with enhanced corrosion resistance. RSC Advances. 5 (38), 29639-29646 (2015).
  29. Meuler, A. J., et al. Relationships between water wettability and ice adhesion. ACS Applied Materials & Interfaces. 2 (11), 3100-3110 (2010).
  30. Boinovich, L. B., et al. Combination of functional nanoengineering and nanosecond laser texturing for design of superhydrophobic aluminum alloy with exceptional mechanical and chemical properties. ACS Nano. 11 (10), 10113-10123 (2017).
  31. Wan, B., et al. Superhydrophobic ceria on aluminum and its corrosion resistance. Surface and Interface Analysis. 48 (3), 173-178 (2016).
  32. Gómez-Lopera, J. F., Martínez-Aroza, J., Rodríguez-Valverde, M. A., Cabrerizo-Vílchez, M. A., Montes-Ruíz-Cabello, F. J. Entropic image segmentation of sessile drops over patterned acetate. Mathematics and Computers in Simulation. 118, 239-247 (2015).
  33. Gao, L., McCarthy, T. J. Teflon is hydrophilic. comments on definitions of hydrophobic, shear versus tensile hydrophobicity, and wettability characterization. Langmuir. 24 (17), 9183-9188 (2008).
  34. Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodriguez-Valverde, M. A., Cabrerizo-Vilchez, M. A new method for evaluating the most stable contact angle using tilting plate experiments. Soft Matter. 7 (21), 10457-10461 (2011).
  35. Pierce, E., Carmona, F. J., Amirfazli, A. Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments. Colloids Surfaces A. 323 (1-3), 73-82 (2008).
  36. Ye, H., Zhu, L., Li, W., Liu, H., Chen, H. Simple spray deposition of a water-based superhydrophobic coating with high stability for flexible applications. Journal of Materials Chemistry. 5 (20), 9882-9890 (2017).
  37. Rolland, J. P., Van Dam, R. M., Schorzman, D. A., Quake, S. R., DeSimone, J. M. Solvent-resistant photocurable "liquid Teflon" for microfluidic device fabrication. Journal of the American Chemical Society. 126 (8), 2322-2323 (2004).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

النقش الحمضيالسيلنةترسيب الفلوروبوليمرطبقة السيرياغشاء حمض الستياريكتجربة القطرة المرتدةالمجهر البؤرياختبار ارتطام الجسيمات
تصنيع سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية لتطبيقات مضادة للتجمد
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.