Name: Fabricação de superfícies de Metal Superhydrophobic para aplicações antigelo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-15T13:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: Aprenda a fabricar superfícies metálicas superhidrofóbicas com propriedades antigelo usando técnicas de tratamento ácido e silanização. Este método avalia durabilidade e eficácia em aplicações práticas de engenharia de materiais.

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Esta pesquisa foi apoiada pelos projetos: MAT2014-60615-R e MAT2017-82182-R financiado pela a agência de investigação do estado (SRA) e o Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER).

Nota: O protocolo segue o esquema mostrado na Figura 2.
1. preparação da amostra
<ol><li>
Limpeza e corte
	<ol>
<li>Usando uma tesoura de metal, cortar 25 x 45 mm x pedaços de 0,5 mm a 250 mm x 250 mm x folhas de 0,5 mm de alumínio. Nota: Cuidado especial deve ser tomado quando usando a tesoura de metal, e treinamento especial pode ser necessário.</li>
		<li>Remova a película protetora cobrindo um lado da amostra e lavar este lado usando cerca de 50 mL de solução de limpeza. Lave as amostras suavemente com as mãos enluvadas. Evite o uso de esfregões abrasivos.</li>
		<li>Enxague abundantemente as amostras em um fluxo de água destilada. Posteriormente, mergulhe cada amostra em 30 mL de etanol a 96%, proceda à sonicação é para 300 s e repetir em 30 mL de água ultrapura para 300 s.</li>
		<li>Retire as amostras da água e seque-os por 1h à temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Condicionamento ácido
	<ol>
<li>Para a reação de gravura, prepare uma solução de 4 M de HCl em água ultrapura13. Mergulhe cada amostra em 80 mL desta solução para 480 s. A reação se torna mais vigorosa após aproximadamente 360 s, quando a camada superficial de óxido nativo é removida. Atenção: Para a segurança, conduza esta reação em um capuz. Use luvas, jaleco e óculos de proteção.</li>
		<li>Ao lado o béquer contendo a solução ácida, prepare um outro copo com água ultrapura abruptamente parar a reação. Usando uma pinça de politetrafluoroetileno, retirar a amostra da solução ácida e mergulhe-a em água. Enxágue a amostra em água ultrapura abundante.</li>
		<li>Seca as amostras fundindo-os com ar comprimido e filtrado. Note que a amostra após a reação de gravura é superhydrophilic e secá-lo pode ser uma tarefa difícil. Após a remoção macroscópica de água explodindo, remover vestígios de água em um forno a 120 ° C para 600 s. Nota: Este processo de secagem em essenciais, especialmente para amostras ser mais tarde silanizadas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Hydrophobization
	<ol>
<li>
Hydrophobization por silanização FAS-17
		<ol>
<li>Antes da silanização da vapor-fase, tratar as amostras com ar-plasma para 600 s usando um plasma líquido de limpeza operando a 100 w. Esse processo ativa os superfície grupos funcionais (-grupos OH) que atuam como vinculador para as moléculas de silano.</li>
			<li>Posteriormente, apresente as amostras dentro de um prato de Petri de vidro ligeiramente inclinada com a ajuda de uma ponta de pipeta para inclinar ligeiramente a superfície. Depósito dois 50 µ l gotas de 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodecyl-triethoxysilane (FAS-17) sobre o prato de Petri ao lado da amostra de13.</li>
			<li>Cubra o prato de Petri parcialmente e colocá-lo em um dessecador ar-evacuados durante a noite. Finalmente, ventile o dessecador. Remova as amostras, que estão prontas para usar.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Hydrophobization por fluoropolímero (politetrafluoretileno) deposição
		<ol>
<li>Pulverize as amostras gravadas16 de cerca de 10 cm com uma solução de fluoropolímero amorfo em um solvente de fluorcarbono na proporção de 1/20 (v/v)16. Um difusor de perfume, preenchido com a solução pode ser usado para essa finalidade. Deixar secar à temperatura ambiente para 600 s. repetir o mesmo processo sobre uma superfície limpa não-gravadas para fazer uma superfície de alumínio liso-hidrofóbico (Rum = 0.25±0.03 µm).</li>
			<li>Aplicar uma segunda demão e introduzir as amostras em um forno a 110 ° C para 600 s para garantir a total remoção do solvente e uma reticulação do fluoropolímero revestimento. Esse processo aumenta a durabilidade, conforme indicado pelo fabricante.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Hydrophobization por deposição de ácido esteárico-ceria
		<ol>
<li>Limpar as amostras gravadas em acetona/etanol/água, proceda à sonicação-los por 300 s em água e seque-os em um fluxo de ar comprimido.</li>
			<li>Mergulhe as amostras31 em 50 mL de solução aquosa contendo 2 g de cério tricloreto hepta-hidratado (CeCl3·7H2O) e 3 mL de 30% de peróxido de hidrogênio (H2O2). Incube a amostra imergida na solução de um forno de 40 ° C por 1 h.</li>
			<li>Removê-lo da solução, lavar em água destilada e seque-o em um forno a 100 ° C para 600 s.</li>
			<li>Mergulhar a amostra em uma solução de etanol de 30 mM de ácido esteárico para 900 s, enxaguá-lo em álcool etílico e secá-lo em um forno a 100 ° C para 600 s. Nota: Uma vez secas e arrefecido à temperatura ambiente, as amostras são prontas para usar. As superfícies SH produzidas com o ácido esteárico-ceria revestimento são doravante como a superfície revestida de Ce-SA.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Caracterização da amostra
<ol><li>
Análise de umectação
	<ol>
<li>
Saltando de experimentos de queda
		<ol>
<li>Avalie o grau de repelência de água da amostra produzida saltando gotas experimentos13. Quantificar o número de rejeições, dada por uma gota que é lançada de uma seringa fixa cuja agulha está localizada a (10,1 ± 0,2) mm acima da superfície. O volume da gota é tipicamente 4 µ l.</li>
			<li>Capture a sequência com uma câmera de alta velocidade. O software de aquisição de vídeo de alta velocidade, fixa a taxa de aquisição a 4200 imagens por segundo e o tempo de exposição para 235 µs.</li>
			<li>Uma vez que o vídeo está gravado, selecione a sequência a partir do momento quando a entrega for liberada até que a entrega já está em pleno contacto com a amostra (não mais rejeições são observadas). Salve o arquivo de vídeo.</li>
			<li>Para cada imagem, detecta o perfil de gota usando software32. Posteriormente, quantificar o número de rejeições a olho nu quando jogar a sequência de vídeo. No caso de que ele não é facilmente identificado, conte o número do maxima acima da posição do centro de massa da gota estática (mais de 15-20%).</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Experimentos de placa de inclinação
		<ol>
<li>Use este teste somente para quantificar os danos causados por cada teste específico de desgaste. Analise a aderência de cisalhamento de gotas de água com inclinação placa de experimentos (TPE)33 usando um laboratório projetado aparelhos inclinação34.</li>
			<li>Use a aquisição de imagens de vista lateral de uma gota de sessile depositada na amostra fixada para uma plataforma inclinável. Durante a aquisição da imagem (a taxa de aquisição constante de 16 fps), incline a plataforma com uma velocidade angular constante (5 ° /s). Portanto, capture uma imagem de gota cada 0,31 °. Nota: Acima de um ângulo de inclinação específica, a gota se move (slides rolos-ro) na superfície e esse Estado pode servir para determinar os ângulos de contato de avanços e recuo (ACA e RCA, respectivamente) simultaneamente. O ângulo de inclinação mínimo que produz um deslocamento global da linha de contato (pontos de aclives e declives linha contato movem simultaneamente) é referido como o ângulo de deslizamento (SA). O SA é o valor relatado aqui de TPE.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Medições de rugosidade
	<ol>
<li>Analise a microrugosidade das amostras usando um microscópio confocal luz branco. Defina uma área de digitalização da 0.252 x 0.187 mm por topografia única.</li>
		<li>Leva pelo menos 4 topografias única por amostra. Use o objetivo da ampliação 50x, capturando 200 planos verticais em etapas verticais de 0,2 µm. determinar o fator de Ra (amplitude de rugosidade aritmética).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. testes de durabilidade
Nota: Avalie os danos induzidos por cada agente de desgaste separadamente. Não realizar mais de um teste de desgaste por amostra.
<ol><li>
Testes de abrasão lateral Nota: Os testes de abrasão lateral (ver Figura 3a) são realizados por meio de um abrasivo comercial linear. Este teste visa avaliar o desgaste induzido pelo deslocamento tangencial de uma ponta padrão abrasivo contra uma superfície. Este dispositivo permite o uso de uma grande variedade de produtos abrasivos, definindo uma ampla gama de aplicação pressões, velocidades laterais e número total de ciclos abrasivos35.<ol>
<li>Usar uma padrão de borracha abrasiva CS-10, fornecidas pelo fabricante. Corrigi a velocidade para 20 ciclos/min. controle a pressão aplicada usando pesos. Ajustar a pressão mínima permitida pelo instrumento, que corresponde a um peso total de 350 g. Nota: Considerando a largura da ponta (6.70±0.05 mm) e o peso utilizado, a pressão aplicada correspondente para essas configurações é 97.3±1.4 kPa. A área total de gasta é limitada pela largura da ponta e o comprimento total para cada ciclo de abrasão. Configurá-lo para 38,1 mm.</li>
		<li>Para cada amostra, avalie o desgaste induzido após ciclos 1, 2, 3 e 5.<ol>
<li>Depois de cada tratamento de desgaste, delicadamente escova a superfície (usando a escova fornecida pelo fabricante), enxaguar em água e sopre usando ar comprimido. Avalie as propriedades de umectação usando TPE, conforme descrito na seção 2.1.2.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de impacto de partículas abrasivas
	<ol>
<li>Realizar o teste de impacto de partículas usando a configuração mostrada na Figura 3b, que é inspirado a abrasão padrão D968 testar. Versão 30 mL (cerca de 55 g) de areia abrasiva de um funil de vidro. Localize seu extremo inferior a (25±1) cm da superfície.</li>
		<li>Use um funil torneira de mm de diâmetro (12±1) e um comprimento de (97±1) mm. Coloque o funil verticalmente, enquanto inclinando a amostra de 45°. Depois impactando na amostra, recolha a areia em um recipiente colocado abaixo.</li>
		<li>Depois de um ciclo de desgaste é conduzido, enxaguar a superfície com água destilada, secá-lo em um fluxo de ar comprimido e avaliar as propriedades de umectação por TPE (secção 2.1.2). Repita todo o processo até 3 vezes para cada amostra.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de superfície degradação UV-ozônio
	<ol>
<li>Realizar o teste de degradação UV-ozônio usando um ozônio limpa. Tratar cada amostra em temperatura ambiente por 600 s e repetir o ciclo de uma vez.</li>
		<li>Posteriormente, enxaguar as superfícies com água e seque-os com ar comprimido.</li>
		<li>Avalie as propriedades de umectação por TPE descritos na secção 2.1.2 para determinar se as propriedades superhydrophobic permanecem após a exposição aos raios UV.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de imersão de água
	<ol>
<li>Avalie o desgaste induzido por contacto com a água, depois de uma longa imersão na água. Introduza a amostra em um copo de 100 mL de água ultrapura para 24h.</li>
		<li>Retire as amostras da água, seque-os com ar comprimido e colocá-los em um forno a 120 ° C para 600 s para garantir a total remoção da água da superfície. Quando a superfície está totalmente seco, avalie as propriedades de umectação após exposição à água, usando o protocolo descrito na seção 2.1.2.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. avaliação da eficiência antigelo
Nota: A avaliação da eficiência do anti-gelo baseia-se nos três aspectos mostrados na Figura 1.
<ol><li>
Teste de gotejamento de água sub-resfriada Nota: A repelência de água sub-resfriada das amostras é efectuada com a configuração mostrada na figura 4a. A amostra é introduzida dentro de uma câmara de congelamento a – 20 ° C, que é fixado em cima de uma plataforma inclinada (30 °). Uma mistura de gelo e água destilada em equilíbrio (a temperatura estabilizada de 0 ° C) é colocada fora da câmara de congela.<ol>
<li>Bomba de água fria no interior da câmara, utilizando uma bomba peristáltica e tê-lo circular no interior do congelador antes de ser pingadas sobre a amostra a uma taxa reduzida de 1 gota cada 3 segundos. Única gotas têm um volume de aproximadamente 50 µ l.</li>
		<li>Uma vez que é iniciado o processo de gotejamento, capturar uma imagem lateral da amostra cada 10 s para determinar se a acumulação de gelo ocorre.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de atraso congelação
	<ol>
<li>Realizar o teste de atraso congelamento no interior da câmara de congelação mesmo mencionado na seção anterior.</li>
		<li>Determinar a porcentagem de gotas sésseis depositados na amostra que congelar, para cada temperatura, durante um processo de resfriamento da temperatura até cerca de-25 ° C. O set-up para este teste é mostrado na figura 4b.</li>
		<li>Nível da amostra (com zero de inclinação) e depósito de gotas sésseis cuidadosamente para evitar roll off. Devido a alta mobilidade de gotas em superfícies repele a água, coloque um número menor deles em amostras SH. Repita o experimento para SH superfícies várias vezes.</li>
		<li>Monitore a temperatura e a umidade relativa do ar usando uma sonda térmica. Controle a umidade relativa (RH) com um umidificador comercial. O RH é de aproximadamente 95% quando o humidificador está ligado, e diminui para aproximadamente 40% quando o humidificador está desligado.</li>
		<li>Use cerca de 200 gotas de 30 µ l por amostra (queda de congelamento é um fenômeno estocástico, e a análise requer o uso de um grande número de gotas). Nota: Assim, para este teste use amostras maiores do que aqueles usados para o resto dos estudos. Neste caso, o tamanho é de 125 mm x 62,5 mm e adaptar o protocolo para o etch também a amostra ou hydrophobize suas superfícies para as novas dimensões de amostra.</li>
		<li>Coloque a amostra no meio da parte inferior do freezer em cima de uma plataforma de isolamento. Delicadamente, deposite uma matriz de 70 gotas por exemplo (25 para o exemplo superhydrophobic). Feche o congelador e ligá-lo. Nota: A temperatura diminui linearmente em vez da temperatura até cerca de-25 ° C. A taxa de resfriamento depende da umidade relativa. A baixa umidade relativa (umidificador desconectado), todo o processo leva cerca de 2 horas, enquanto leva menos tempo (cerca de 1 hora) se o humidificador está ligado. Uma vez que a temperatura inferior a 0 ° C, gotas começam a nucleada.</li>
		<li>Conte o número de gotas que são congelados para cada temperatura (em intervalos de 0,5 ° C), até que todos a totalidade das gotas é congelada.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de aderência de gelo
	<ol>
<li>Quantificar a força que deve ser aplicada para desanexar (puxar) um pedaço de gelo com um contato controlável área que tenha sido formada em cada amostra. Execute esses testes usando o set-up ilustrado na Figura 4C.</li>
		<li>Corte um tubo de politetrafluoroetileno com diâmetro interno de 10 mm em cilindros de ~ 28 milímetros de altura com uma tesoura. Pressione o cilindro com a amostra. Preenchê-lo com 1,2 mL de água destilada. Introduzir o cilindro cheio na câmara de congelação e esperar por 1h. Nota: Uma vez que a água é totalmente congelada, a amostra com o cilindro é fixada firmemente para uma plataforma usando uma placa que atua como atacante.</li>
		<li>Amarre a garrafa e um medidor de força digital usando um fio de nylon. A forma como este cilindro está vinculado para o segmento e a orientação do cilindro em relação ao segmento depende qual aderência tipo (cisalhamento ou o elástico) está sob avaliação. Conserte este indicador para um carrinho motorizado do teste. Fechar a câmara de congela e esperar 600 s.</li>
		<li>Deslocar o calibre da amostra a uma velocidade constante de (10 ± 0,5) mm/min.<ol>
<li>Ajuste esta velocidade manualmente dentro de painel de controle o carrinho motorizado do teste. Clique no ícone do programa controlando as leituras do dinamômetro. Pressione Iniciar para gravar a força.</li>
			<li>Imediatamente após, mova o dinamômetro para cima, mantendo em pressionar a parte inferior do deslocamento vertical dentro do painel de controle do carrinho motorizado.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Quando o deslocamento do banco com relação a amostra produz uma extensão do segmento e uma separação do gelo da amostra, clique em parar e salvar o arquivo de dados gerado. Nota: O medidor monitora a força em termos de tempo. Conhecendo a velocidade em que o dinamômetro é deslocado (10 mm/min), determine a força em termos de deslocamento. Isso serve para determinar a força de ruptura (força de retenção máxima) e a força de adesão por unidade de área.</li>
		<li>Avalie a adesão de cisalhamento quando o pull-off é feito lateralmente. A força neste caso é paralela aplicado a área de contato (veja figura 4b). Para este efeito, fixar a amostra verticalmente e conectar o cilindro de base para o segmento usando um anel de metal. Puxe este anel pelo medidor até a amostra desanexa da superfície por deslocamento de cisalhamento. Nota: O teste de aderência à tração avalia a força máxima e precisa de trabalho para separar um pedaço de gelo da superfície quando é puxado verticalmente.</li>
		<li>Neste caso, dois furos pequenos na parede do cilindro que servem para conectar o cilindro ao indicador. Em seguida, puxe-o verticalmente até o gelo finalmente é desanexada da superfície.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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Nós não temos nada para divulgar.

Neste artigo, vamos demonstrar estratégias para produzir superfícies repelente de água em substratos de alumínio. Além disso, mostramos métodos para caracterizar suas propriedades umectantes, rugosidade, durabilidade e desempenho anti-gelo.
Para preparar as superfícies SH, usamos duas estratégias. A primeira estratégia incorporou o grau de rugosidade adequada para alcançar a estrutura hierárquica intrínseca das superfícies do SH pelo condicionamento ácido. Este processo é particularmente críti...

A capacidade de superhydrophobic (SH) de superfícies para repelir a água é a razão que eles são tradicionalmente propostos como uma solução para evitar o gelo1,2. No entanto, existem preocupações sobre a adequação das superfícies SH para agentes antigelo: 1) os elevados custos de produção, 2) que superhydrophobicity nem sempre leva ao gelo-phobicity3e 3) a durabilidade questionável do SH superfícies4 . Superfícies superhydrophobic segurar duas propriedades relacionadas à sua composição química e topografia5: eles são difíceis, com características topográficas; e sua energia de superfície é baixa (intrinsecamente hidrofóbico).
A rugosidade sobre uma superfície hidrofóbica serve para reduzir a proporção entre a área real de sólido-líquido e área de contato aparente. A água não está totalmente em contato com o sólido devido a Lótus efeito6,7, quando a gota repousa ou se move para as superfície asperezas. Nesse cenário, a interface sólido-líquido age forma heterogénea com dois domínios químicos: a própria superfície sólida e as pequenas bolhas de ar aprisionado entre o sólido e água8. O grau de repelência de água está ligado à quantidade de ar aprisionado porque os patches de ar são lisos e seu ângulo de contato intrínseco é 180°. Alguns estudos relatam a incorporação de uma textura de superfície hierárquica com micro e nano-asperezas como a melhor estratégia para fornecer melhor Propriedades repelentes de água (maior presença de ar na interface sólido-líquido)9. Para alguns metais, uma estratégia de baixo custo para criar recursos de dois níveis de aspereza é condicionamento ácido10,11. Este procedimento é frequentemente usado na indústria. Com certas concentrações de ácido e vezes de gravura, a superfície de metal revela a aspereza hierárquica adequada. Em geral, a rugosidade da superfície é otimizado pela variação da concentração do ácido, tempo de gravura ou ambos12. A energia de superfície de metais é alta e por esta razão, a fabricação de superfícies de metal à prova d'água exige hydrophobization mais tarde.
Hydrophobization geralmente é conseguido através da deposição de filmes hidrofóbico usando métodos diferentes: silanização10,13, revestimento de mergulho14, revestimento de rotação15,16 ou plasma-deposição17 de pulverização . Silanização tem sido proposto18 como uma das mais promissoras ferramentas para melhorar a baixa durabilidade das superfícies SH. Ao contrário de outras técnicas de deposição, o processo de silanização baseia-se uma ligação covalente entre os grupos Si-OH com os grupos hidroxila de superfície do substrato metálico10. Uma desvantagem do processo de silanização é a necessidade de ativação anterior da carcaça do metal para criar suficientes grupos hidroxila por um elevado grau de cobertura e uniformidade. Outra estratégia proposta recentemente para produzir resistentes superhydrophobic superfícies é o uso de revestimentos-raras19,20. Ceria revestimentos têm duas propriedades que justificam este uso: podem ser intrinsecamente hidrofóbico21, e eles são robustos mecanicamente e quimicamente. Em particular, uma das mais importantes razões por que eles são escolhidos como revestimentos protetores é suas habilidades de proteção contra a corrosão20.
Para produzir superfícies metálicas de SH de longa duração, consideram-se duas questões: a textura da superfície não deve estar danificada, e o filme/revestimento hidrofóbico devem ser firmemente ancorado ao substrato. Superfícies são normalmente expostas a desgaste originado pelo lateral abrasão ou partícula impacto4. Se as asperezas estão danificadas, a repelência à água pode ser substancialmente reduzida. Em ambientes extremos, o revestimento hidrofóbico pode ser parcialmente removido da superfície ou pode ser quimicamente degradado pela exposição UV, umidade ou corrosão. O projeto de revestimentos de superfícies SH duráveis é um desafio importante para revestimento e engenharia de superfície.
Para metais, um dos requisitos mais exigentes é que a capacidade do anti-gelo é baseada em três aspectos interligados22 , conforme ilustrado na Figura 1: sub-resfriada repelência de água, atraso de congelação e baixa adesão-gelo. Crosta de gelo ao ar livre ocorre quando sub-resfriada água, tipicamente chuva cai, entra em contacto com uma superfície sólida e é rapidamente congelado por nucleação heterogénea23. O gelo formado (balada) é firmemente presa à superfície. Assim, o primeiro passo para evitar a formação de gelo é reduzir o tempo de contato sólido-água. Se a superfície for superhydrophobic, gotas de chuva podem ser expulso da superfície antes do congelamento. Além disso, está provado que, sob condições de umidade, as superfícies com um ângulo de contato alta atrasam congelando mais eficientemente do que aqueles com um baixo ângulo de contato24. Por estas duas razões, SH superfícies são as superfícies mais adequadas para atenuar a formação de gelo. No entanto, a vida útil das superfícies superhydrophobic pode ser um ponto-chave desde que as condições de gelo são normalmente agressivo25. Alguns estudos concluíram que o SH superfícies não são a melhor escolha para diminuir a aderência de gelo26. Uma vez as formas de gelo na superfície, ele permanece firmemente anexado devido à superfície asperezas. A rugosidade aumenta a área de contato da superfície do gelo e as asperezas atuam como bloqueio agentes26. O uso de superfícies SH duráveis é recomendado para evitar formação de gelo se não houver nenhum vestígio de gelo já presente na superfície.
Neste trabalho, apresentamos vários protocolos para produzir superfícies duráveis de SH em substratos metálicos. Nós usamos o alumínio (Al) como o substrato, porque é amplamente utilizado na indústria, e a incorporação de propriedades antigelo é particularmente relevante para determinadas aplicações (instalações de estâncias de esqui, aeronáutica, etc). Preparamos três tipos de superfícies: uma superfície texturizada de Al revestida com um fluoropolímero revestimento, uma silanizada superfície texturizada de Al com uma fluorosilane e uma BICAMADA de ácido esteárico-ceria sobre um substrato de Al. Semelhantes técnicas17,,27,28,29 fornecer espessuras de película 100-300 nm ou até mesmo filmes de monocamada. Para cada superfície, podemos medir suas propriedades de umectação e conduziu testes de desgaste. Finalmente, analisamos seu desempenho anti-gelo usando três testes objetivou investigar independentemente as três propriedades mostradas na Figura 1.
Nosso protocolo baseia-se no esquema mostrado na Figura 2. Uma vez que as superfícies SH Al são preparadas, suas propriedades de umectação e topografia são analisados para determinar suas propriedades de repelência e características de aspereza. As propriedades umectantes são analisadas saltando experimentos de queda, que é uma técnica que está conectada para a adesão à tração de água. Desde que a observação de rejeições de gota é necessária, esta técnica só é adequada para superfícies superhydrophobic13. Para cada tratamento de superfície, estamos preparados pelo menos quatro amostras para realizar os testes de antigelo e outro quatro amostras para realizar os testes de durabilidade. Os danos causados após cada teste de durabilidade foi analisado medindo a perda da molhadela Propriedades e características de aspereza. Testes de durabilidade similar para a proposta queridos neste trabalho foram usados recentemente para outras superfícies metálicas27,30.
No que se refere os testes antigelo, o objetivo deste estudo é determinar se o uso das superfícies SH Al produzidos são convenientes como agentes antigelo. Portanto, foram analisados, para comparação, o desempenho de amostras de controlo de duas: a) uma amostra de Al não tratada (Lisa amostra hidrofílica) e b) um hydrophobized mas não texturizada amostra (amostra hidrofóbica suave). Para a mesma finalidade, o uso de uma textura, mas não hydrophobized de superfície pode ser de interesse. Infelizmente, esta superfície é extremamente molhável e não podem efectuar-se ensaios anti-gelo para eles.

<table><tbody><tr><td>Ácido clorídrico, 37%</td> <td>SICAL, S.A.</td><td>AC07411000</td><td>usado para gravação ácida</td></tr><tr><td>1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodeciltrietoxissilano, 97%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>658758</td><td>usado para silanização com FAS-17</td></tr><tr><td>Dupont AF1600</td><td>Dupont</td><td>D10389631</td><td>usado para deposição de fluropolímero</td></tr><tr><td>FC-72</td><td>3M, Flúor</td><td>1100-2-93</td><td>usado para deposição de fluropolímero (solvente de flurocarbono)</td></tr> <tr><td>Cloreto de cério (III) heptahidratado, 99,9%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>228931</td><td>usado para deposição de revestimento de Ceria</td></tr><tr><td>Solução de peróxido de hidrogênio, 30%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>H1009</td><td>usado para deposição de revestimento de Ceria</td></tr><tr><td>Ácido esteárico, &ge; 98,5%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>S4751</td><td>usado para deposição de revestimento de Ceria</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>SICAL, SA</td><td>16271</td><td>usado em toda a</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>SICAL, S.A.</td><td>1090</td><td>usado em folhas</td></tr><tr><td>de alumínio 0.5mm</td><td>MODULOR (Alemanha)</td><td>125993</td><td>substratos usados através</td></tr> da <tr><td>solução de limpeza concentrada Micro-90</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z281506</td><td></td></tr><tr><td>Ultra pure Milli-Q água</td><td>Millipore</td><td>descontinuado</td><td>usado em todo</td></tr> o <tr><td>Plasma Etcher/Asher/Cleaner EMITECH K1050X</td><td>Aname</td><td>K1500XDEV-001</td><td>usado em todo</td></tr><tr>o<td>software PCC</td><td>AMETEK</td><td>descontinuado</td><td>software controlando a câmera de alta velocidade Phantom MIRO 4</td></tr><tr><td>Câmera de alta velocidade Phantom Miro 4</td><td>AMETEK</td><td>descontinuado</td><td>usado para experimentos de queda saltitante</td></tr><tr><td>Open Loop PL&micro; 2.32</td><td>UPC-CD6 & Sensofar Tech S.L.</td><td>versão 2.32</td><td>Software de controle PL&micro; Perfilador de Imagem Confocal</td></tr><tr><td>Pl&micro;-Perfilador de Imagem Confocal 2300</td><td>Sensofar Tech S.L.</td><td>descontinuado</td><td>usado para medições de rugosidade</td></tr><tr><td>TABER 5750 ABRASER LINEAR</td><td>TABER</td><td>5750</td><td>usado para testes de abrasão lateral</td></tr><tr><td>Areia abrásiva: ASTM 20-30 SAND C778</td><td>U.S. SILICA COMPANY (USA)</td><td>1-800-635-7263</td><td>usado para testes de impacto de partículas abrasivas</td></tr><tr><td>Limpador de ozônio: PSDP-UV4T, Sistema Digital de Ozônio UV Teste de</td><td>degradação</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>de ozônio UV-ozone descontinuado da NovascamBomba Peristalítica GILSON 312, França</td><td>GILSON (França)</td><td>descontinuada</td><td>usada para teste de gotejamento de água</td></tr><tr>Linha de pesca Dracon de<td>fio de nylon</td><td>, Izorline internacional, inc. (EUA)</td><td>descontinuada</td><td>usada para testes de adesão de gelo</td></tr><tr><td>Medidor de força digital (ZTA-200N, ZTA Series</td><td>IMADA (EUA)</td><td>370199</td><td>usado para testes de adesão de gelo</td></tr><tr><td>Bancada de teste motorizada I, MH2-500N-FA</td><td>IMADA (EUA)</td><td>366942</td><td>utilizado para testes de aderência ao gelo</td></tr><tr><td>Force Recorder Professional</td><td>IMADA (USA)</td><td>versão 1.0.2</td><td>software fornecido pela IMADA para registar a força</td></tr><tr><td>HYGROCLIP XD - SONDA STANDARD</td><td>Rotronic</td><td>descontinuado</td><td>Sonda de temperatura e humidade</td></tr><tr><td>Software HW3 Lite</td><td>Rotronic</td><td>versão 2.1.2</td><td>Software de controlo da sonda HYGROCLIP</td></tr></tbody></table>

fabricação de superfícies de metal superhydrophobic para aplicações antigelo

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Várias maneiras de produzir superfícies metálicas superhydrophobic são apresentadas neste trabalho. Alumínio foi escolhido como o substrato metálico devido à sua ampla utilização na indústria. A molhabilidade da superfície produzida foi analisada pelo saltando experimentos de queda e a topografia foi analisada por microscopia confocal. Além disso, mostramos várias metodologias para medir a sua durabilidade e propriedades antigelo. Superfícies superhydrophobic segurar uma textura especial que deve ser preservada para manter sua repelência à água. Para fabricar superfícies duráveis, seguimos duas estratégias para incorporar uma textura resistente. A primeira estratégia é uma incorporação directa da aspereza à carcaça do metal pelo condicionamento ácido. Após esta texturização de superfície, a energia de superfície foi diminuída pela deposição de silanização ou fluoropolímero. A segunda estratégia é o crescimento de uma camada de ceria (após a texturização de superfície) que deve melhorar a superfície da dureza e resistência à corrosão. A energia de superfície foi diminuída com uma película de ácido esteárico.
A durabilidade das superfícies superhydrophobic foi examinada por um teste de impacto de partículas, desgaste mecânico por abrasão lateral e resistência de UV-ozônio. As propriedades antigelo foram exploradas por estudar a possibilidade de revogar a água sub-resfriada, congelando o atraso e adesão de gelo.

As propriedades umectantes e rugosidade das superfícies SH que foram utilizados neste estudo são mostradas na Figura 5. O número médio de saltos medidos para cada amostra é exibido na Figura 5a e a rugosidade média é mostrada na Figura 5b. Não há nenhuma correlação entre a aspereza e propriedades de umectação. O número de rejeições medido para a amostra de politetrafluoroetileno revestida de acordo c...

Podemos ilustrar diversas metodologias para produzir superfícies de metal superhydrophobic e explorar suas propriedades de durabilidade e antigelo.

Fabricação de superfícies de Metal Superhydrophobic para aplicações antigelo

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Este método pode ajudar a responder a questões-chave nos campos de revestimento sobre a conveniência e adequação do uso de superfícies super-hidrofóbicas como agentes anticongelantes em aplicações reais. A principal vantagem dessas técnicas é que a análise com uma superfície evita o congelamento e é durável o suficiente para resistir às condições de umedecimento quando ocorre o congelamento. Para iniciar a preparação da amostra, em uma capela de exaustão, coloque um béquer de 100 mililitros contendo 80 mililitros de ácido clorídrico de quatro molares em um béquer de 500 mililitros.Encha outro copo de 500 mililitros com água ultrapura. Mergulhe uma amostra de alumínio no ácido, usando uma pinça de politetrafluoretileno e deixe de molho por oito minutos. Em seguida, tempere a amostra gravada em água ultrapura.Enxágue bem a amostra antes de prosseguir. Em seguida, seque a amostra sob um vapor de ar comprimido filtrado até que nenhuma água seja visível na superfície. Por fim, seque a amostra em um forno a 120 graus Celsius por 10 minutos.Para hidrofobizar a amostra por silanização em fase de vapor, primeiro trate a amostra com plasma de ar a 100 watts por 10 minutos. Em seguida, coloque imediatamente a amostra em uma placa de Petri de plástico e incline a amostra levemente com uma ponta de pipeta de 20 a 200 microlitros. Aplique duas gotas de 50 microlitros do silano a cerca de um centímetro da amostra.Cubra a maior parte do prato com a tampa. Coloque imediatamente o prato em um dessecador a vácuo. Cubra cerca de 80% do prato com a tampa e evacue-o para iniciar a silanização.Silanizar a amostra durante a noite ou por pelo menos oito horas. Para hidrofobizar uma amostra por deposição de fluoropolímero, primeiro pulverize a amostra a 10 centímetros de distância com uma solução de um a 20 por volume de um fluoropolímero amorfo em um solvente de fluorocarbono. Deixe o revestimento secar ao ar livre em temperatura ambiente por 10 minutos.Aplique uma segunda camada e seque a amostra a 110 graus Celsius por 10 minutos para evaporar o solvente e reticular o revestimento de fluoropolímero. Em seguida, verifique se a superfície é super-hidrofóbica. Para hidrofobizar uma amostra gravada por deposição de ácido cérico-esteárico, primeiro limpe e seque a amostra.Em seguida, mergulhe a amostra em 50 mililitros de uma solução aquosa contendo dois gramas de tricloreto de cério heptahidratado e três mililitros de peróxido de hidrogênio a 30% em peso. Mantenha a amostra imersa em um forno a 40 graus Celsius por uma hora. Em seguida, enxágue a amostra em água destilada, seque-a a 100 graus Celsius por 10 minutos e deixe esfriar até a temperatura ambiente.Em seguida, embeber a amostra numa solução de ácido esteárico a 30 milimolares em etanol durante 15 minutos. Em seguida, enxágue a amostra em etanol, seque a 100 graus Celsius por 10 minutos e deixe esfriar. Coloque uma amostra na plataforma de experimento de gota saltitante sob uma agulha fixa de insulina.Defina a taxa de aquisição da câmera de alta velocidade para 4200 imagens por segundo e o tempo de exposição para 235 microssegundos. Em seguida, encha uma seringa de um mililitro com água ultrapura e conecte-a à agulha. Confirme se a agulha e a amostra estão em foco e comece a gravar.Pare de gravar alguns segundos depois que uma gota cair na amostra. Corte o vídeo para começar a partir do momento em que a gota é liberada da agulha e termine na gota estática em contato total com a amostra sem mais saltos observados. Crie os perfis de queda com software de análise de imagem e quantifique o número de rebatidas assistindo à sequência de vídeo.Para realizar um teste de abrasão lateral, primeiro defina um abrasor linear com uma ponta leve a moderada para 20 ciclos por minuto com um comprimento de curso de 38,1 milímetros. Configure o abrasor para a pressão mínima aplicada. Monte a amostra no abrasor e execute um ciclo de abrasão.Em seguida, limpe e seque suavemente a amostra. Avalie as propriedades de umedecimento com um experimento de placa basculante. Repita a abrasão e avalie a amostra novamente após dois, três e cinco ciclos totais.Para realizar um teste de impacto de partículas abrasivas, primeiro fixe uma amostra em uma superfície com inclinação de 45 graus. Monte um funil de vidro 24 a 26 centímetros acima da amostra. Despeje 30 mililitros de areia de teste abrasivo ASTM 2030 no funil e espere que a areia flua sobre a amostra.Avalie as propriedades de umedecimento com um experimento de placa basculante. Realize este teste até três vezes por amostra. Para realizar um teste de degradação do ozônio UV, trate a amostra em um limpador de ozônio UV por 10 minutos à temperatura ambiente.Em seguida, enxágue a amostra em água ultrapura, seque-a com ar comprimido e avalie as propriedades umectantes. Repita este teste até três vezes. Para iniciar o teste de atraso de congelamento, coloque uma grande amostra em uma plataforma isolada no centro de uma câmara de congelamento.Certifique-se de que o umidificador da câmara esteja cheio de água. Em seguida, use uma pipeta para depositar suavemente uma matriz de 25 gotas de água na amostra, se for super-hidrofóbica. Para outras amostras, deposite uma matriz de 70 gotas.Feche a câmara e inicie o sistema de refrigeração. Quando a câmara atingir cerca de cinco graus Celsius, inicie o umidificador. As gotas começarão a nuclear abaixo de zero graus Celsius.Assim que a nucleação começar, registre o número de gotas congeladas em intervalos de 0,5 graus Celsius até que todas as gotas tenham congelado. Repita o teste até que cerca de 200 gotas tenham sido testadas na amostra. Para iniciar o teste de adesão de gelo de tração, amarre um fio de náilon de 0,25 milímetro a um medidor de força digital montado em uma bancada de teste motorizada acima da câmara de congelamento.Em seguida, corte um pedaço de tubo de PTFE de 28 milímetros de comprimento com um diâmetro interno de 10 milímetros. Faça dois furos de um milímetro de largura um do outro, a cinco milímetros de uma extremidade do cilindro. Coloque uma barra estreita nesses orifícios.Em seguida, coloque o cilindro na vertical sobre uma amostra e encha-o com 1,2 mililitros de água destilada. Coloque cuidadosamente a amostra e o cilindro em uma plataforma na câmara de congelamento, mantendo o cilindro pressionado contra a amostra. Feche a câmara de congelamento, ligue o sistema de refrigeração e espere uma hora para que a água congele.Em seguida, fixe firmemente a amostra na plataforma usando uma placa percussora com um orifício ligeiramente mais largo que o cilindro. Conecte a amostra ao medidor de força alimentando a rosca de náilon através da barra na parte superior do cilindro. Feche a câmara e aguarde 10 minutos.Em seguida, ao registrar a força, desloque verticalmente o medidor da amostra a 10 milímetros por minuto até que o gelo se separe da amostra. Para o teste de adesão ao cisalhamento, congele 1,2 mililitros de água contra uma amostra em um cilindro de PTFE da mesma maneira. Prenda a amostra verticalmente na câmara de congelamento e encaixe um anel de metal preso ao medidor de força por meio de uma rosca de náilon sobre o cilindro.Feche a câmara e aguarde 10 minutos. Em seguida, desloque verticalmente o medidor a 10 milímetros por minuto até que o gelo se queime. Não foi observada correlação entre rugosidade e propriedades umectantes das superfícies super-hidrofóbicas.Por exemplo, enquanto a amostra de PTFE teve um valor de rugosidade semelhante ao da amostra de fluoroalcoxissilano, seu número médio de ressaltos foi mais próximo ao da amostra de ácido cérico-esteárico. Todos os três tipos de amostra exibiram baixa resistência mecânica, perdendo suas propriedades repelentes à água após dois ciclos. As amostras de fluoroalcoxissilano e ácido cério-esteárico foram degradadas pela exposição ao UV-ozônio, mas a amostra de PTFE não.Em alta umidade, as superfícies super-hidrofóbicas atrasaram o congelamento por mais tempo do que as superfícies hidrofóbicas lisas. No entanto, em baixa umidade relativa, as superfícies super-hidrofóbicas atrasaram o congelamento com menos eficiência do que as superfícies hidrofóbicas lisas. Consistente com descobertas anteriores, as superfícies super-hidrofóbicas mostraram maior cisalhamento e aderência de gelo de tração do que as superfícies lisas revestidas e não revestidas.Isso foi atribuído à rugosidade das superfícies super-hidrofóbicas. Uma textura hierárquica é necessária para produzir uma superfície metálica super-hidrofóbica. A corrosão ácida é uma estratégia muito bem-sucedida, mas as condições dependem do metal.A triagem antecipada é necessária para garantir um grau ideal de rugosidade. As reações de corrosão nas moléculas de hidrofobização podem ser as etapas mais críticas para a produção bem-sucedida de superfície super-hidrofóbica em alumínio. Seguindo este procedimento, outros materiais, como superfícies escorregadias impregnadas de lubrificante, podem ser fabricados para responder a perguntas adicionais sobre quais superfícies evitam o congelamento com mais eficiência.Ao combinar a análise de dois aspectos importantes da adequação dos agentes anticongelantes, essa técnica abre caminho para que pesquisadores no campo de revestimentos explorem certas superfícies e revestimentos como agentes anticongelantes resistentes ao ar em condições ambientais. Não se esqueça de que trabalhar com ácido é extremamente perigoso. deve ser tomado como treinamento e usar diferentes dispositivos de proteção, como óculos, luvas e assim por diante.

fabrication-superhydrophobic-metal-surfaces-for-anti-icing

Research

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Engenharia

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Este artigo apresenta um protocolo para a produção de nanopartículas à base de proteínas que altera a superfície hidrofóbica para hidrofílica. A nanopartícula produzida é um conjunto de copolímeros dibloco de gliadina-cianoacrilato. O revestimento por pulverização com a nanopartícula produzida altera a superfície do material alvo para uma superfície hidrofílica.

Um protocolo para a produção de nanopartículas Gliadina-cianoacrilato para hidrofílico Coating

experiências de transferência de calor em ebulição piscina foram realizados para observar os efeitos de padrões molháveis ​​híbridos sobre o coeficiente de transferência de calor (HTC). Os parâmetros de investigação são o número de entrelinhas e a orientação do padrão de superfície molhável modificado.

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

Este manuscrito propõe um método de química suave para sintetizar microesferas de vidro oco (HGM) super-hidrofóbicas revestidas com TiO2 com altas propriedades reflexivas de infravermelho.

TiO<sub&gt; 2</subMicroesferas de vidro ocas&gt; -Revestido com propriedades super-hidrofóbicas e alta IR-reflexivo sintetizados por um método Soft-química

Superfícies escorregadias fornecem uma nova forma de resolver o problema de aderência. Este protocolo descreve como fabricar superfícies escorregadias em altas temperaturas. Os resultados demonstram que as superfícies escorregadias mostraram antiumectantes para líquidos e um notável efeito antiaderência sobre os tecidos moles em altas temperaturas.

Comportamento de antipreparação adesão e alta temperatura de uma superfície escorregadia em aço inoxidável

O método de fabricação de eletrodos interdigitantes bem (gap e largura: 20 µm) na ponta de uma agulha hipodérmica (diâmetro: 720 µm) é demonstrada usando um revestimento de pulverizador e película flexível Fotomáscara no processo de fotolitografia.

Fabricação de eletrodos bem na ponta da agulha hipodérmica usando revestimento de pulverizador fotorresiste e Fotomáscara flexível para aplicações biomédicas

Aqui, apresentamos um protocolo para a fabricação de placas de gradiente nanopattern através de nanoimprinting térmica e o método de triagem respostas de células progenitoras endoteliais humanas para as nanoestruturas. Usando a tecnologia descrita, é possível produzir um andaime que pode manipular o comportamento de célula por estímulos físicos.

Fabricação de gradiente Nanopattern pela técnica de Nanoimprinting térmica e rastreio da resposta das células formadoras endoteliais humanas

Apresentado é um método fácil para fabricar estruturas de múltipla escala nano-micro, para superfícies funcionais, agregando nanofibras fabricadas usando um filtro de óxido de alumínio anódico.

Estruturas de múltipla escala agregadas por nanofibras impressos para superfícies funcionais

Este trabalho apresenta protocolos de microfabricação para alcançar cavidades e pilares com perfis reentrantes e duplamente reentrantes em wafers SiO2/Siusando fotolitografia e gravura seca. As superfícies microtexturizadas resultantes demonstram notável repellência líquida, caracterizada por robusta armadilha de ar a longo prazo líquidos úmidos, apesar da molhada intrínseca da sílica.

Renderização SiO2/Si Surfaces Omniphobic esculpindo microtexturas de armadilha de gás compreendendo reentrant e duplamente reentrant cavidades ou pilares

Este protocolo apresenta um método induzido por luz para a fabricação de estruturas tridimensionais escorregadias por meio de padronização digital sequencial e enxertia em superfícies nanoporosas revestidas com silano. Essa abordagem permite a formação espacialmente controlada de regiões escorregadias, permitindo a repelência líquida padronizada e a análise quantitativa do escorregadio interfacial, com aplicações em manipulação de fluidos e engenharia de superfície.

Padronização e enxertia induzida por luz para superfícies escorregadias com base em estruturas nanoporosas revestidas de silano

Aprenda a fabricar superfícies metálicas superhidrofóbicas com propriedades antigelo usando técnicas de tratamento ácido e silanização. Este método avalia durabilidade e eficácia em aplicações práticas de engenharia de materiais.

Fabricação de superfícies de Metal Superhydrophobic para aplicações antigelo

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