Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Superhydrophobic Metal yüzeyler imalatı anti-buzlanma uygulamalar için

8.2K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/57635

⸱

15 Ağustos 2018

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

Bu makalede

Özet

Biz çeşitli metodolojiler superhydrophobic metal yüzeyler üretmek için ve onların dayanıklılık ve anti-buzlanma özellikleri keşfetmek için göstermektedir.

Özet

Superhydrophobic metal yüzeyler üretmek için çeşitli yollar, bu eser mevcuttur. Alüminyum sektöründe geniş kullanımı nedeniyle metal substrat olarak seçilmiştir. Wettability üretilen yüzey damla deneyler zıplayan tarafından analiz edildi ve topoğrafya confocal mikroskobu tarafından analiz edildi. Buna ek olarak, onun dayanıklılık ve anti-buzlanma özelliklerini ölçmek için çeşitli metodolojiler gösteriyoruz. Superhydrophobic yüzeyler onların water-repellency tutmak için korunmalı bir özel doku tutun. Dayanıklı yüzeyler imal etmek, dayanıklı bir doku dahil etmek için iki strateji takip ettik. Asit dağlama tarafından metal yüzey pürüzlülük doğrudan ortaklığın ilk stratejisidir. Bu yüzey texturization sonra yüzey enerji tarafından silanization veya floropolimer ifade azalma. Yüzey sertliği ve korozyon direnci artırmak bir ceria katman (sonra yüzey texturization) büyüme ikinci stratejisidir. Yüzey enerji Stearik asit film ile azalma.

Superhydrophobic yüzeyler dayanıklılığını bir parçacık çarpma testi, yanal aşınma ve UV-ozon koruması tarafından mekanik aşınma tarafından incelenmiştir. Anti-buzlanma özellikleri subcooled su, gecikme, buz gibi kaldırmayı ve buz yapışma yeteneği inceleyerek keşfedilmeyi.

Giriş

Superhydrophobic (SH) yüzeyler su püskürtmek yeteneği onlar geleneksel olarak krema1,2önlemek için bir çözüm olarak önerilmektedir nedenidir. Ancak, anti-buzlanma aracıları için SH yüzeyler uygunluğu konusunda endişeleri vardır: 1) yüksek üretim maliyetleri, 2) o superhydrophobicity değil her zaman yol buz-phobicity3ve 3) SH şüpheli dayanıklılığını yüzeyler4 . Superhydrophobic yüzeyler tutun onların topografya ve kimyasal kompozisyon-5ile ilgili iki özelliği: kaba belirli topografik özellikleri ile; ve onların yüzey enerji (özünde hidrofobik) düşük.

Hidrofobik bir yüzeyi pürüzlülük gerçek katı-sıvı ve belirgin kişi alanları arasındaki oranı azaltmak için hizmet vermektedir. Damla aittir veya yüzey asperities hamle su değil tam lotus etkisi6,7, nedeniyle katı ile temas halinde olacaktır. Bu senaryoda, katı-sıvı arayüzey ile iki kimyasal etki alanı heterogeneously davranır: katı yüzey ve minik hava kabarcıkları katı arasında sıkışmış ve su8. Su iticilik derecesini sıkışmış hava miktarı hava yamalar pürüzsüz ve içsel temas açısı 180 ° çünkü bağlı. Bazı çalışmalar hiyerarşik bir yüzey dokusunu mikro ve nano-asperities ile birleşme daha iyi su itici özellikleri (büyük varlığı hava vasıl katı-sıvı arayüzey)9sağlamak için en iyi strateji olarak rapor. Bazı metaller için iki düzey pürüzlülük özellikleri oluşturmak için bir düşük maliyetli asit dağlama10,11stratejidir. Bu yordam sektöründe sıkça kullanılır. Belirli asit konsantrasyonu ve gravür saatlerle, metal yüzey düzgün hiyerarşik pürüzlülük ortaya koymaktadır. Genel olarak, yüzey pürüzlenmesi asit konsantrasyonu, gravür gün veya her iki12değişen tarafından optimize edilmiştir. Metallerin yüzey enerji yüksektir ve bu nedenle, su itici metal yüzeyler imalatı daha sonra hydrophobization gerektirir.

Hydrophobization genellikle farklı yöntemler kullanarak hidrofobik film biriktirme tarafından elde edilir: silanization10,13, daldırma kaplama14, spin-kaplama1516 veya plazma biriktirme17 püskürtme, . Silanization SH yüzeylerin düşük dayanıklılık geliştirmek için en umut verici bir araç olarak önerilen18 oldu. Diğer ifade teknikleri farklı olarak, metal yüzey10yüzey hidroksil grupları ile Si-OH grupları arasında kovalent bağ silanization işleminin temel alır. Silanization sürecinin bir dezavantajı yüksek derecede kapsamı ve homojenlik için yeterli hidroksil grupları oluşturmak için önceki metal belgili tanımlık substrate aktivasyonu için ihtiyaç vardır. Başka bir strateji son zamanlarda önerilen üretmek dayanıklı superhydrophobic yüzeylere nadir-toprak kaplamalar19,20kullanmaktır. Ceria kaplama bu kullanım haklı iki özelliği var: Bunlar özünde hidrofobik21olabilir ve onlar mekanik ve kimyasal olarak sağlam. Özellikle, neden koruyucu kaplamalar seçilmiştir en önemli nedenlerinden biri onların korozyon koruma yetenekleri20' dir.

Uzun süreli SH metal yüzeyler üretmek iki konu kabul edilir: yüzey dokusunu değil zarar olmalı ve hidrofobik film/kaplama sıkıca substrat için bağlantılı gerekir. Yüzeyler genellikle lateral aşınma veya parçacık etkisi4tarafından kaynaklı giymek maruz kalır. Asperities bozuksa, water-repellency önemli ölçüde azaltılabilir. En uçtaki çevre altında hidrofobik kaplama kısmen yüzeyden kaldırılmış olabilir veya kimyasal olarak UV pozlama, neme veya korozyon tarafından bozulmuş. Dayanıklı SH yüzeyleri kaplama kaplama ve yüzey Mühendisliği için önemli bir sorun tasarımdır.

Metaller için en zorlu gereksinimleri anti-buzlanma yetenek Şekil 1' de gösterildiği gibi üç birbirine bağlı yönleri22 tarihinde dayanmaktadır biridir: subcooled su iticilik, dondurucu gecikme ve düşük buz-yapışma. Açık buzlanma oluşur subcooled su, genellikle yağmur, katı bir yüzeye temas geliyor ve damla hızla heterojen çekirdekleşme23tarafından dondurulmuş. Kurulan buz (in rime ı) yüzeye sıkıca bağlı. Böylece, buzlanma önlemek için ilk adım katı-su kişi zaman azaltmaktır. Yüzey superhydrophobic ise, yağmur damlaları donma önce yüzeyinden okuldan. Buna ek olarak, bu olanlar düşük kişi açılı24ile daha verimli bir şekilde buz gibi nemli koşullarda yüzeyler yüksek bir temas açısı ile gecikme, kanıtlanmıştır. Bu iki nedenden dolayı SH yüzeyler buzlanma azaltmak için en uygun yüzeyler vardır. Ancak, buzlanma koşullar genellikle agresif25olduğundan superhydrophobic yüzeyler ömrünü önemli bir nokta olabilir. Bazı çalışmalarda SH yüzeyler buz yapışma26azaltmak için en iyi seçenek değildir sonucuna varmıştır. Bir kez buz formları yüzeyi nedeniyle yüzey asperities sıkıca bağlı kalır. Buz-yüzey temas bölgesinin pürüzlülük artar ve asperities birbirine ajanlar26hareket. Dayanıklı SH yüzeyler kullanımı Eğer buz yüzeyinde zaten mevcut izine buzlanma önlemek için önerilir.

Bu çalışmada, biz metal yüzeylerde dayanıklı SH yüzeylerde üretmek için çeşitli protokolleri mevcut. Sektöründe yaygın olarak kullanılan ve anti-buzlanma özellikleri birleşme (kayak tatil imkanları, havacılık, vb) bazı uygulamalar için özellikle geçerlidir çünkü biz substrat alüminyum (Al) kullanın. Biz üç tür yüzeyler hazırlamak: bir dokulu Al yüzey kaplama, dokulu Al yüzey silanized bir fluorosilane ve bir ceria-Stearik asit bilayer bir Al substrat üzerine bir floropolimer ile kaplı. Benzer teknikler17,27,28,29 100-300 nm film kalınlıkları veya bile monolayer filmleri sağlar. Her yüzey için ıslatma özelliklerini ölçtüm ve aşınma testleri. Son olarak, biz anti-buzlanma performanslarını bağımsız olarak Şekil 1' de gösterilen üç özellik soruşturma için amaçlayan üç testleri kullanılarak analiz.

Bizim iletişim kuralı Şekil 2' de gösterilen düzeni temel alır. SH Al yüzeyler hazırlanır sonra ıslatma özellikleri ve topografya iticilik özellikleri ve pürüzlülük özellikleri belirlemek için analiz edilir. Islatma özellikleri hangi su çekme dayanımı yapışma sağlar bağlı bir tekniktir damla deneyler, zıplayan tarafından incelenir. Damla sıçrama gözlenmesi gerekli olduğundan, bu teknik sadece superhydrophobic yüzeyler13için uygundur. Her yüzey işleme için anti-buzlanma testler yapmak için en az dört örnekleri ve dayanıklılık testleri gerçekleştirmek için başka bir dört örnekleri hazırladık. Her dayanıklılık testinden sonra neden olduğu hasar özellikleri ve pürüzlülük özellikleri ıslatma kaybı ölçerek analiz edildi. İçin önerilen olanlar bu çalışmada son zamanlarda diğer metal yüzeyler27,30için kullanılan benzer dayanıklılık testleri.

Anti-buzlanma testleri ile ilgili olarak üretilen SH Al yüzeyler kullanımı anti-buzlanma aracıları olarak uygun olup olmadığını belirlemek için bu çalışmada var. Bu nedenle, karşılaştırma için iki kontrol örnekleri performansını analiz ettik: a) bir tedavi edilmezse Al örnek (düzgün hidrofilik) ve b) bir hydrophobized ama değil dokulu örnek (düzgün hidrofobik örnek). Aynı amaçla kullanımı bir dokulu ama değil hydrophobized yüzey ilginizi çekebilir. Ne yazık ki, bu yüzey son derece ıslanabilir ve anti-buzlanma testleri onlar için gerçekleştirilemiyor.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: Protokol Şekil 2' de gösterilen düzeni izler.

1. numune hazırlama

  1. Kesme ve temizlik
    1. Metal bükme kullanarak, 250 x 250 mm alüminyum 0.5 mm yaprak x 25 mm x 45 mm x 0.5 mm adet kesilmiş.
      Not: Metal kesme kullanırken özel bakım alınması gerekir ve özel eğitim gerekli olabilir.
    2. Örnek bir tarafı kapsayan koruyucu film kaldırmak ve yaklaşık 50 mL çözüm temizlik kullanarak bu yan yıkayın. Örnekleri eldivenli ellerle nazikçe yıkayın. Aşındırıcı scourers kullanmaktan kaçının.
    3. Örnekleri bol distile su akışı içinde yıkayın. Daha sonra her örnek 30 ml % 96 etanol bırakın, o 300 s ve tekrar Ultrasaf Su 300 için 30 ml solüsyon içeren temizleyicide s.
    4. Örnekleri sudan çıkarın ve kuru onları oda sıcaklığında 1 h için.
  2. Asit dağlama
    1. Gravür tepki için 4 M çözeltilerine HCl Ultrasaf Su13hazırlayın. Bu çözümün 480 için 80 mL her örnekte bırakın s. Tepki yaklaşık 360 sonra daha güçlü hale gelir yerel oksit yüzey katman kaldırıldığında s.
      Dikkat: güvenliğiniz için bu tepki olarak bir başlık kuralları. Eldiven, önlük ve koruyucu gözlük giymek.
    2. Asit solüsyonu içeren kabı yanındaki aniden reaksiyonu durdurmak için Ultrasaf Su ile başka bir ölçek kabı hazırlayın. Politetrafloroetilen cımbız kullanma örnek asit çözümden kaldırmak ve suya batırmayın. Bol Ultrasaf Su örnekte durulayın.
    3. Örnekleri tamamen süzülmüş ve sıkıştırılmış hava ile esen kuru. Gravür reaksiyon sonra örnek superhydrophilic ve kurutma zor bir görev olabilir unutmayın. Su üfleme tarafından makroskopik kaldırıldıktan sonra 600 için 120 ° c fırında su izlerinin giderilmesi s.
      Not: Bu kurutma işleminde özellikle örnekleri daha sonra silanized olmak için gerekli.
  3. Hydrophobization
    1. FAS-17 silanization tarafından Hydrophobization
      1. Buharı fazlı silanization önce hava-plazma 600 örnekleriyle tedavi bir plazma temizleyici 100 W. işletim ile s Bu işlem yüzey fonksiyonel grupların etkinleştirir (-OH grupları) silane moleküller için bağlayıcı olarak hareket.
      2. Daha sonra bir cam Petri biraz biraz yüzey eğilmek için bir pipet ucu yardımıyla hareket ettirildiğinde içinde örnekleri tanıtmak. Mevduat iki 50 µL damla 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodecyl-triethoxysilane (FAS-17) Petri kabına örnek13yanında tarih.
      3. Petri kabına kısmen kapak ve bir gecede bir hava tahliye desiccator yerleştirin. Son olarak, desiccator hava basarım. Kullanıma hazır örnekleri, kaldırın.
    2. Hydrophobization floropolimer tarafından (Politetrafloroetilen) ifade
      1. Yaklaşık 10 cm baskı örnekleri16 amorf floropolimer 1/20 (v/v)16oranında bir florokarbon çözücü bir çözüm ile sprey. Çözüm ile dolu bir parfüm difüzör bu amaç için kullanılabilir. Oda sıcaklığında 600 s. tekrarlamak için aynı süreç pürüzsüz hidrofobik alüminyum yüzey yapmak için bir temiz kazınmış yüzey üzerinde kurumaya bırakın (Rbir 0.25±0.03 = µm).
      2. İkinci bir kat uygulayın ve 600 110 ° C fırında örnekleri tanıtmak s Floropolimer kaplama polietilenin ve solvent toplam kaldırılmasını sağlamak için. Bu işlem dayanıklılık, üretici tarafından belirtildiği şekilde artırır.
    3. Hydrophobization tarafından ceria-Stearik asit birikimi
      1. Temiz aseton/etanol/su, kazınmış örneklerinde solüsyon içeren temizleyicide onları için 300 s su ve basınçlı hava akışı içinde kuru onları.
      2. Örnekleri31 50 mL Seryum trichloride heptahydrate (CeCl3·7H2O) 2 g ve 3 mL %30 hidrojen peroksit (H2O2) içeren sulu çözeltisi içinde bırakın. Çözüm 1 h 40 ° C fırında dalmış örnek kuluçkaya.
      3. Çözümden kaldırmak, distile suyla durulayın ve 600 100 ° C fırında kuru s.
      4. Stearik asit, 900 için 30 mM etanol çözeltisi örnekte bırakın s, etanol durulayın ve 600 100 ° C fırında kuru s.
        Not: Kuru ve oda sıcaklığında soğuduktan sonra örnekleri kullanmaya hazır olursunuz. Ceria-Stearik kaplama asit ile üretilen SH yüzeyler bundan böyle Ce-SA kaplı yüzey adlandırılır.

2. örnek karakterizasyonu

  1. Islatma Analizi
    1. Zıplayan damla deneyler
      1. Damla deneyler13zıplayan tarafından üretilen örnek su iticilik derecesini değerlendirmek. Kimin iğne bulunur (10,1 ± 0.2) bir sabit şırıngadan yayımlanan bir damla tarafından verilen sıçrama sayısını ölçmek mm yüzey yukarıda. Damla genellikle 4 µL birimdir.
      2. Sıra yüksek hızlı bir fotoğraf makinesi ile yakalamak. Yüksek hızlı video edinme yazılımla satın alma oranı saniyede 4200 resimlere ve pozlama süresi için 235 µs gidermek.
      3. Video kaydedildi kere, belgili tanımlık damla (daha fazla sıçrama gözlenir) örnek ile tam temas zaten kadar damla ne zaman serbest andan itibaren istediğiniz sırayı seçin. Video dosyasını kaydedin.
      4. Her görüntü için yazılım32kullanarak açılan profil algılamak. Daha sonra çıplak gözle sıçrama sayısı video sıra oynarken ölçmek. Öyle kolayca tespit değil diye, maxima statik damla (fazla 15-%20) Merkezi kütlenin konumu üzerinde saymak.
    2. Plaka deneyler devirme
      1. Bu sınama yalnızca her belirli aşınma test tarafından neden olduğu hasar ölçmek için kullanın. Su damlaları bir laboratuarı tasarlanmış devirme aparatı34kullanarak plaka deneyler (TPE)33 devirme ile kesme yapışma analiz.
      2. Yan görünümü resim alma inclinable bir platforma sabit örnek olarak yatırılır sesil bir damla kullanın. (At 16 fps sürekli Alım hızı) resim alma sırasında sabit açısal hız (5 ° / s) ile platform eğim. Bu nedenle, bir damla her 0.31 ° çekim.
        Not: belirli eğim açısı belgili tanımlık damla (slaytlar/rulo-off) yüzeyinde hareket eder ve bu durum ilerleyen ve basık kişi açılar belirlemek için hizmet edebilir (ACA ve RCA, sırasıyla) aynı anda. Temas küresel bir deplasman üretir en az devirme açı (yokuş yukarı ve yokuş aşağı temas hattı noktaları aynı anda hareket), sürgülü açı (SA) adlandırılır. SA TPE rapor burada değerdir.
  2. Pürüzlülük ölçümleri
    1. Beyaz ışık confocal mikroskop kullanarak örnekleri mikro pürüzlülüğü analiz. 0,252 x 0,187 mm tek topografya başına bir tarama alanını ayarlar.
    2. Örnek başına en az 4 tek Topografyaları al. 50 X büyütme amacı kullanın, yakalama 200 dikey uçak dikey adımlarla, 0.2 µm. Ra faktörü (aritmetik pürüzlülük genlik) belirleyin.

3. dayanıklılık testleri

Not: ayrı ayrı her bir aşınma aracı tarafından indüklenen zarar değerlendirmek. Örnek başına birden fazla aşınma test yapmak değil.

  1. Yanal aşınma testleri
    Not: (Bkz. Şekil 3a) yanal aşınma testler aracılığıyla ticari bir doğrusal aşındırıcı uygulanmaktadır. Bu test standart aşındırıcı bahşiş bir yüzeye karşı teğet deplasman tarafından indüklenen aşınma değerlendirmek amaçlanmaktadır. Bu cihaz çok çeşitli aşındırıcılar, çok çeşitli uygulama baskılar, yanal hız ve aşındırıcı döngüsü35toplam sayısını ayarlama kullanımına izin verir.
    1. Standart prezervatif kullanmak aşındırıcı CS-10, üretici tarafından sağlanan. Hız 20 devir/dk. denetim için uygulanan basınç ağırlık kullanarak düzeltebilirsiniz. 350 g toplam ağırlığı için karşılık gelen araç tarafından izin verilen en düşük basınç ayarlı.
      Not: uç genişliği (6.70±0.05 mm) ve kullanılan ağırlık göz önüne alındığında, bu ayarlara karşılık gelen uygulanan basınç 97.3±1.4 değil kPa. Toplam aşınmış alan her aşınma döngüsü için belgili tanımlık uç ve toplam uzunluğu genişliğine göre sınırlıdır. 38,1 mm için ayarlayın.
    2. Her örnek için 1, 2, 3 ve 5 döngüsünden sonra indüklenen aşınma değerlendirin.
      1. Her giyim kullanımdan sonra yavaşça fırça (fırça üreticisi tarafından sağlanan kullanarak) yüzey, suyla durulayın ve kullanarak darbe basınçlı hava. TPE, kullanarak ıslatma özellikleri 2.1.2 bölümünde açıklandığı gibi değerlendirmek.
  2. Aşındırıcı parçacık çarpma testi
    1. Parçacık çarpma testi standart aşınma Test D968 tarafından esinlenerek Şekil 3b, gösterilen kurulumu kullanarak yapmak. 30 mL (yaklaşık 55 g), cam huni gelen aşındırıcı kum taneleri serbest bırakın. Onun yüzeyin en alt yüzeyinden (25±1) cm'de bulun.
    2. Huni dokunun çapı (12±1) mm kullanma ve (97±1) mm. uzunluğunda yer huni dikey olarak, örnek 45 ° eğme. Örnek üzerinde etkileyen sonra kum altına yerleştirilen bir kap içinde toplamak.
    3. Bir kez bir aşınma döngüsü yürütülen, yüzey distile su ile durulayın, basınçlı hava akışı içinde kuru ve TPE (Bölüm 2.1.2) tarafından ıslatma özellikleri değerlendirmek. Bu sürecin her örnek için ilâ 3 kere tekrar edin.
  3. UV-ozon yüzey yıkımı testi
    1. Bir ozon temizleyici kullanarak UV-ozon yıkımı testi yapmak. Her örnek için 600 s ve tekrar oda sıcaklığında tedavi döngüsü bir kez.
    2. Daha sonra su yüzeyleri durulayın ve kuru onları basınçlı hava ile.
    3. Superhydrophobic özellikleri UV-pozlama sonra kalmak olup olmadığını belirlemek için 2.1.2 bölümünde açıklanan TPE tarafından ıslatma özellikleri değerlendirmek.
  4. Suyu daldırma testi
    1. Su uzun bir daldırma sonra su temas ile indüklenen aşınma değerlendirin. Örnek 24 h Ultrasaf Su 100 mL ölçek tanıtmak.
    2. Örnekleri sudan çıkarın, basınçlı hava ile Kuru onları ve onları 600 120 ° C fırında yerleştirin su yüzeyinden toplam kaldırılmasını sağlamak için s. Yüzeyi tamamen kuru zaman 2.1.2 bölümünde açıklanan protokolü kullanılarak su maruz kaldıktan sonra ıslatma özellikleri değerlendirmek.

4. anti-buzlanma verimliliği değerlendirme

Not: resim 1' de gösterilen üç yönleri anti-buzlanma verimliliği değerlendirme dayanmaktadır.

  1. Subcooled suyu damlama testi
    Not: Subcooled su iticilik örnekleri Şekil 4agösterilen kurulumu aracılığıyla mercek altına alındı. Örnek bir eğimli (30 °) platformu üzerine sabit –20 ° c dondurucu bir oda içinde kullanılmaya başlandı. Buz ve denge (0 ° c stabilize sıcaklığında) içinde distile su karışımı dondurucu odası yer alıyor.
    1. Peristaltik pompa kullanarak odası içinde soğuk su pompası ve bu örneği de düşük oranda 1 damla her 3 saniyede damladı önce derin dondurucu içinde dolaşımda. Tek damla aşağı yukarı 50 µL hacmi var.
    2. Sonra damlama süreç başlatılır, her 10 örnek yanal bir görüntüsünü yakalamak s buz yığılma oluşup oluşmadığını belirleyin.
  2. Dondurucu gecikme testi
    1. Önceki bölümünde belirtilen aynı dondurucu oda içinde dondurma gecikme testini gerçekleştirmek.
    2. Örnek üzerinde yatırılır, yaklaşık-25 ° c aşağı oda sıcaklığına kadar gelen bir soğutma işlemi sırasında her sıcaklık donma sesil damla yüzdesini belirlemek Bu test için set-up Şekil 4b' gösterilir.
    3. Örnek (ile sıfır tilt) düzeyinde ve mevduat sesil dikkatle roll-off önlemek için çekiliyor. Damla su itici yüzeylerde yüksek hareketlilik nedeniyle, onlardan daha düşük bir sayı üzerinde SH örnekleri yerleştirin. Denemeyi SH yüzeyler için birkaç kez tekrarlamak.
    4. Sıcaklık ve bağıl nem termal prob kullanarak izleyin. Bağıl nem (RH) ticari bir nemlendirici ile kontrol. RH yaklaşık % 95 nemlendirici açık olduğundan ve nemlendirici kapatıldığında aşağı yaklaşık % 40 azaltır olduğunu.
    5. Örnek başına 30 µL yaklaşık 200 damla kullanın (buz gibi açılan Stokastik bir olgu olduğunu ve çok sayıda damla kullanımını analiz gerektirir).
      Not: Bu nedenle, bu çalışmalar geri kalanı için kullanılan daha büyük örnekleri bu test için kullanın. Bu durumda boyutu 125 x 62,5 mm ve protokolü de örnek veya hydrophobize yeni örnek boyutları onların yüzeylere etch uyum.
    6. Örnek dondurucu izole bir platform üzerine alt kısmı ortasında bir yer. Yavaşça bir dizi örnek (superhydrophobic örnek için 25) başına 70 damla Kasası. Dondurucu kapatın ve açın.
      Not: Zamanlı yaklaşık-25 ° c aşağı oda sıcaklığına kadar sıcaklık doğrusal olarak azalır Soğutma hızı üzerinde bağıl nem bağlıdır. Nemlendirici bağlıysa (yaklaşık 1 saat) daha az zaman alır iken düşük bağıl nem (unplugged nemlendirici), tüm süreci yaklaşık 2 saat sürer. Sıcaklık 0 ° C düşük olduğunda, damla nucleate başlar.
    7. Her sıcaklık (aralıkları 0.5 ° C), için tüm kadar bütünlük damla dondurulmuş donduruldu damla saymak.
  3. Buz yapışma testi
    1. Her örneği temel oluşturmuştur (çekme-kapalı) kontrol edilebilir bir kişiyle bir parça alan ayırmak için uygulanması gereken kuvvet ölçmek. Şekil 4 cresimli kurulumu kullanarak bu testleri gerçekleştirin.
    2. Politetrafloroetilen boru iç çapı 10 mm ile ~ 28 mm yükseklik makas kullanarak silindir kesti. Silindir örnek karşı basın. 1.2 mL distile su ile doldurun. Dondurucu odasında dolu silindir tanıtmak ve 1 h için bekleyin.
      Not: su tamamen donmuş olduğunda, silindir ile örnek sıkıca bir forvet tabak kullanarak bir platforma sabittir.
    3. Naylon iplik kullanarak bir dijital güç ölçüm için silindir bağla. Bu silindir iplik ve iplik ile ilgili olarak silindir yönünü bağlantılı şekilde değerlendirme altında hangi türü (kesme veya çekme dayanımı) yapışma olduğuna bağlıdır. Bu ölçüm için bir motorlu test standı düzeltmek. Dondurucu odası kapatın ve 600 için bekleyin s.
    4. Ölçer (10 ± 0.5) mm/dk sabit bir hızda örnekten yerinden.
      1. Bu hız kontrol paneli motorlu test stand içinde el ile ayarlayın. Dinamometre okuma kontrol programın simgesini tıklatın. Kuvvet kaydetmek için Başlat tuşuna basın.
      2. Hemen sonra Dinamometre yukarı tutmak tarafından motorlu standı kontrol paneli içinde dikey deplasman alt basarak taşımak.
    5. İş parçacığının bir uzantısı ve buz bir ayrılık örnekten Dinamometre ile ilgili örnek çıkarılması ürettiği zaman Durdur ' u tıklatın ve oluşturulan veri dosyası kaydedin.
      Not: Ölçüm kuvvet zaman açısından izler. Dinamometre olduğu hız (10 mm/dak) yerlerinden bilerek, deplasman açısından güç belirleyin. Bu rüptürü kuvveti (maksimum güç istinat) ve birim alan başına yapışma gücünü belirlemek için hizmet vermektedir.
    6. Çekme-off yanal işlenirken kesme yapışma değerlendirin. Bu durumda kişi bölgesine uygulanan kuvvet paralel (bkz. Şekil 4b). Bu amaçla, örnek dikey olarak düzeltmek ve silindir baz metal halka kullanarak iplik bağlayın. Örnek tarafından kesme deplasman yüzeyinden ayırır kadar bu yüzük ölçüm tarafından çekin.
      Not: Mukavemetli yapışma testi en yüksek kuvvet değerlendirir ve çalışma yüzeyinden bir parça dikey olarak çekildiğinde ayırmak gerekir.
    7. Bu durumda, silindir ölçere bağlanmak için hizmet veren iki küçük silindir duvardaki delik. Sonra dikey olarak buz sonunda yüzeyden müstakil kadar çekin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Bu çalışmada kullanılan SH yüzeylerin ıslatma ve pürüzlülük özellikleri Şekil 5' te gösterilmektedir. Sıçrama her örnek için ölçülen ortalama sayısı Şekil 5a ' görüntülenir ve ortalama pürüzlülük Şekil 5biçinde gösterilir. Pürüzlülük ve özellikleri ıslatma arasında hiçbir bağlantı vardır. Politetrafloroetilen kaplamalı örnek için ölçülen sıçrama sayısı ile Ce-SA örnek kabul eder. Ancak, Ce-SA örnek a...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu yazıda, alüminyum yüzeylerde su itici yüzeylerde üretmek için stratejileri göstermektedir. Buna ek olarak, biz ıslatma özellikleri, pürüzlülük, dayanıklılık ve anti-buzlanma performans karakterize etmek için yöntemleri gösterir.

SH yüzeyler hazırlamak için iki strateji kullanılan. İlk strateji SH yüzeyler içsel hiyerarşik yapısını asit dağlama tarafından elde etmek için uygun pürüzlülük derecesi dahil. Bu işlem özellikle hangi diğer metaller veya farklı bileşimi ile Alüminyum yüzeyler için ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

İfşa etmek yok.

Teşekkürler

Bu araştırma projeleri tarafından desteklenmiştir: MAT2014-60615-R ve MAT2017-82182-R tarafından finanse edilen devlet araştırma ajansı (SRA) ve Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu (ERDF).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Hidroklorik asit, %37SICAL, S.A.AC07411000asitle aşındırma için kullanılır
1H, 1H, 2H, 2H-Perflorodesiltrietoksisilan,% 97Sigma-Aldrich658758FAS-17 Dupont ile silanizasyon için kullanılır
AF1600Fluropolimer biriktirme için kullanılanDupontD10389631
FC-723M, Fluropolimer biriktirme için kullanılan Florinet1100-2-93(flurokarbon çözücü)
Seryum (III) klorür heptahidrat, Ceriakaplama biriktirme için kullanılanSigma-Aldrich228931
Hidrojen peroksit çözeltisi,% 30Ceria kaplama biriktirme için kullanılanSigma-AldrichH1009
Stearik asit, > Ceriakaplama biriktirme için kullanılanSigma-AldrichS4751
EtanolSICAL, SA16271
Aseton SICAL, S.A.1090boyunca kullanılan
Alüminyum levhalar 0.5mmMODULOR (Almanya)125993boyunca kullanılan yüzeyler
Micro-90 konsantre temizleme solüsyonuSigma-AldrichZ281506
Ultra saf Milli-Q suMilliporeüretimi durduruldu
Plazma Aşındırıcı/Asher/Temizleyici EMITECH K1050XAnameK1500XDEV-001kullanılmış
PCC yazılımıAMETEK, yüksek hızlı kamerayı kontrol eden yazılımı durdurdu Phantom MIRO 4
Yüksek Hızlı Kamera Phantom Miro 4zıplayan düşme deneyleri için kullanılanAMETEKdurduruldu
Açık Döngü PL ve mikro; 2.32UPC-CD6 & Sensofar Teknoloji Slsürüm 2.32PL & micro'yu kontrol eden yazılım; Konfokal Görüntüleme Profilleyici
Plµ-Konfokal Görüntüleme Profilleyici 2300Sensofar Tech S.L.Üretimi durdurulduPürüzlülük ölçümleri için kullanılır
TABER 5750 LINEAL AŞINDIRICITABER5750yanal aşınma testleri için kullanılır
Aşındırıcı kum: ASTM 20-30 KUM C778U.S. SILICA COMPANY (ABD)1-800-635-7263Aşındırıcı parçacık darbe testleri için kullanılır
Ozon temizleyici: PSDP-UV4T, Dijital UV Ozon SistemiNovascamUV-ozon bozunma testini
durdurduPeristalitik Pompa GILSON 312, FransaGILSON (Fransa)durduruldu su damlama testi için kullanılır
Naylon iplikDracon olta, Izorline internacional, inc. (ABD)durdurulduBuz yapışma
testleri için kullanılır Buz yapışma testleri için kullanılandijital kuvvet ölçer (ZTA-200N, ZTA SerisiIMADA (ABD)370199
Motorlu test standı I, MH2-500N-FAIMADA (ABD)366942buz yapışma testleri için kullanılır
Kuvvet Kaydedici ProfesyonelIMADA (ABD)sürüm 1.0.2kuvveti kaydetmek için IMADA tarafından sağlanan yazılım
HYGROCLIP XD - STANDART PROBRotronicdurdurulduSıcaklık ve nem probu
HW3 Lite yazılımıRotronicsürüm 2.1.2HYGROCLIP Probunu kontrol eden yazılım
% 99,9 %98,5 boyunca kullanılır boyunca , ,

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Asit AşındırmaSilanizasyonFloropolimer BiriktirmeSeryum Oksit TabakasıStearik Asit FilmiSıçrayan Damla DeneyiKonfokal MikroskopiPartikül Çarpma Testi
Superhydrophobic Metal yüzeyler imalatı anti-buzlanma uygulamalar için
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.