سطح اَبر آب‌گريز استحكام بالا با استفاده از پلي تترافلورواتيلن، ذرات ميكرومتري آلومينيوم و نانو ذرات اكسيد سيليسيم

Robust superhydrophobic surface with polytetrafluoroethylene (ptfe), micro sized aluminum particles and sio2 nano-particles

در سال‌هاي اخير، تحقيقات زيادي براي توليد سطوح اَبر آب‌گريز انجام گرفته است. لغزش روي اين سطوح باعث ايجاد خاصيت خود تميز شوندگي و كاهش پساي اصطكاكي مي‌شود. يكي از روش‌هاي توليد اين سطوح، ايجاد زبريهاي سلسله‌اي با استفاده از ساختارهاي ميكرومتري و نانومتري بوده كه با يك ماده با انرژي سطحي كم پوشش داده ميشوند. پلي تترافلورواتيلن )تفلون( يك ماده با انرژي سطحي پايين بوده كه به علت استحكام مكانيكي و شيميايي مناسب، در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته است. براي توليد سطح اَبر آبگريز ابتدا با استفاده از فرايند افشاندن يك لايه تفلون با ضخامت مناسب بر روي ورق آلومينيوم ايجاد شده و پودر آلومينيوم ميكرومتري، به روش شناورسازي ، بر روي لايه تفلون لايه‌نشاني شده است. سپس براي كاهش انرژي سطحي مجدداً از افشاندن تفلون بر روي پودرهاي ميكرومتري استفاده شده است. در نهايت براي ايجاد ساختارهاي نانومتري اكسيد سيليسيم آب‌گريز روي سطح لايه‌نشاني شده و اثرات ضخامت لايه تفلون، اندازه ذرات ميكرومتري و به‌كارگيري نانو ذرات آب‌گريز بر روي خواص سطح مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان‌ دهنده آن است كه به‌كارگيري ذرات ميكرومتري علاوه بر ايجاد زبري، از صاف شدن سطح طي فرايند پخت تفلون جلوگيري كرده و با توليد ترك‌ها و زبري‌هاي ثانويه باعث افزايش زاويه استاتيكي و كاهش زاويه ديناميكي شده است. در انتها پس از اصلاح ساختار سطح با پودرهاي آلومينيوم و پوشش آن با يك لايه تفلون و سپس لايه‌نشاني اكسيد سيليسيم آب‌گريز زاويه تماسي 3±165 درجه و زاويه ديناميكي كمتر از 7 درجه به‌ دست ‌آمده است.

In recent years, many studies have been done to fabricate superhydrophobic surfaces. These surfaces have slip condition which causes self-cleaning property and also drag reduction. The hierarchical micro/nanostructures which are coated with a low surface energy material are needed to fabricate high static contact angle superhydrophobic surfaces. In order to have thermal stability, chemical resistance and low surface energy Polytetrafluoroethylene (Teflon) is used in this research. To produce the superhydrophobic surface, an appropriate layer of Teflon is coated on the aluminum substrate and the micron sized aluminum particles are deposited on the Teflon layer by fluidizing method. Then to reduce surface energy, the second Teflon layer is sprayed on the top of the aluminum particles. At the end, using sprayed method the hydrophobic nano-particles of silica are deposited on the surface as a final hydrophobic layer. The effect of Teflon thickness, size of micro-particles and addition of hydrophobic nano-particles are investigated. The scanning electron microscopy (SEM) images of the cured surfaces show that application of micro-particles prevents the surface from being smooth after curing, creates appropriate micro-scale structures and also causes micro-scale cracks compared to smooth Teflon surfaces. The creation of these micro-structures leads to increasing static contact angle and decreasing dynamic angle of surfaces. By modifying the surface structures with aluminum micro-particles, Teflon layer coat and subsequent deposition of hydrophobic silica nano-particles, static contact angle of 165±3° and dynamic angle of less than 7 degrees are achieved.