ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی حاصل از نانو پوششهای دارای پایه سیلیكا

ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی حاصل از نانو پوششهای دارای پایه سیلیكا – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی حاصل از نانو پوششهای با پایه سیلیكا

 فن آوری سطح و پوشش

دپارتمان مهندسی شیمی و علوم مواد، دانشگاه یوان زی، تایوان

الزویر

2009

چكیده

این تحقیق یك تكنیك پوشش دهی تك مرحله‌ای را برای سنتز پوششهای با پایه سیلیكا و ابر آبگریز و ابر روغن گریز و بدون هیچ فرآوری انرژی سطحی پایین اضافی را بكار می‌گیرد. مشاهدات توپوگرافی سطح نشان می‌دهند كه انباشتگی نانو ذرات كروی سیلیكا با قطر nm20 زبری سطح اولیه ای را ایجاد می‌كنند. نسبت اتمی فلوئور به سیلیسیم در پوشش سیلیكا نقش مهمی را در ایجاد اثر آبگریزی و روغن گریزی ایفا می‌كند، یعنی نسبت بهینه F/Si:2/13 برای بهترین آبگریزی (1/168درجه) و بهترین روغن گریزی (2/165درجه). مدل كاسی – باكستر چنین تحلیل می‌كند كه اثر تركیبی انباشتگی سیلیكای كروی و فلوئوردار شدن سطح در جزء سطحی بالای قطرات آب و اتیلن گلیكول در تماس با هوا مشاركت دارند و منجر به ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی پایدار می‌شوند. چنین نانو پوشش دهی چند عاملی از طریق ساخت تك مرحله‌ای، ظرفیتهای برجسته متنوعی را برای مهندسی سوبستراهای پلیمری یا انعطاف‌پذیر با ابر آبگریزی و ابر روغن‌گریزی ایجاد می‌كند.

واژگان كلیدی:  نانو پوشش دهی، ابر آبگریزی، ابر روغن گریزی، زاویه تماس، نانو ذرات سیلیكا

1- مقدمه

سطوح دارای زاویه تماس آب (CA) بزرگتر از 150 درجه نوعا به سطوح ابر آبگریز یا بسیار دفع كننده آب اشاره دارند[1-2]. این خاصیت ترشدگی اجازه می‌دهد كه قطره ‌های باران به آسانی از روی این سطوح بلغزند، بنابراین چرك و نخاله‌ها شسته می‌شوند یعنی اثر  تمیز شوندگی درخت «سدر (كنار)» یا «اثر خود تمیز شوندگی» وجود دارد[7-3]. گروه‌های متعددی نظیر آرایه‌های نانو لوله‌ای كربنی (CNT) ردیفی[11-8]، CNTهای غیر ردیفی[12-13]، فیلم‌های كریستالی كلوییدی[14]، چند سازه‌های كربنی دو ردیفی[15-16] و پوشش پلی‌آلكیل سیلوكسان اصلاح شده با افزودن نانو ذرات سیلیكا[17]، سطوح ابر آبگریز مصنوعی را ایجاد كرده‌اند. عقیده بر این است كه این سطوح آبگریز در فهم مكانیسم‌های بنیادی، كه در ورای رفتار مایع بر روی چنین سطوحی وجود دارند، اثر مثبتی را نشان می‌دهند. متاسفانه، نگرانی مهم سطوح ابر آبگریز چگونگی افزایش روغن گریزی آنهاست یعنی این سطوح می‌توانند آب را دفع كنند اما نمی‌توانند روغن را دفع كنند. بنابراین، توجه در این تحقیق به ایجاد سطوح عاملی كه هم ابر آبگریزند و هم ابر روغن گریز (هم CA_water و هم CA_oil بزرگتر از 150درجه)، متمركز است. اگر این سطوح ایجاد شوند، چنین سطوح آبگریز و روغن گریزی، ظرفیت برجسته‌ای را برای مهندسی مواد عمومی ضد آلودگی، ضد چسبندگی و خود تمیز شونده فراهم می‌سازند.

بطور كلی می‌توان دریافت كه قابلیت ترشدگی یك سطح جامد هم به تركیب شیمیایی و هم به ساختار هندسی آن بستگی دارد. اثر اصلی یك ساختار توپوگرافی بر روی ابر آبگریزی از زمان انتشار اولیه مدلهای ونزل (Wenzel) [18] و كاسی (Cassie) [19] كاملا شبیه سازی شده است. هر دو مدل بر ساختار هندسی سطوح جامد به عنوان یك عامل مهم در تعیین قابلیت ترشدگی تاكید می‌كنند. بنابراین، بعضی از تكنیكها برای زبر كردن سطوح در مراجع انتشار یافته‌اند كه شامل اكسایش آندی، فرآوری پلاسما، رسوبگذاری بخار شیمیایی، پاشش (اسپری كردن)، رسوبگذاری كلوییدی و غیره می‌باشند. جنبه دیگر برای بهبود آبگریزی و روغن گریزی یك سطح جامد، اصلاح سطوح با گروههای شیمیایی كه انرژی آزاد سطحی نشان می‌دهند، می‌باشد. انرژی سطح برای بعضی از گروههای عموما بكار رفته به ترتیب –CF₃<-CF₂<-CH₃<-CH₂ هستند كه نشان می‌دهد كه استفاده از تركیبات فلوئوردار برای افزایش آبگریزی و روغن گریزی مفید می‌باشند. در گذشته، بعضی از گروهها نشان دادند كه این سطوح می‌توانند بوسیله پوشش دهی گروههای تری‌فلوئورومتیل (–CF₃) بر روی آنها ایجاد شوند[23-20]. با این نگرش، بوسیله اصلاح یك سطح زبر با تركیب شیمیایی دارای انرژی آزاد سطحی پایین، آبگریزی و روغن گریزی مصنوعی حاصل می‌شود.

با نگرش فوق، هدف از این تحقیق، ارائه یك تكنیك مناسب جهت ساخت نانو پوششهای چند عاملی دارای آبگریزی و روغن گریزی می‌باشد. پوشش دهی چرخشی تك مرحله‌ای با استفاده از مخلوط فلوئورو سیلیكا، پوشش یكنواختی با ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی ایجاد می‌كند. این تحقیق بعضی از جنبه‌های آبگریزی و روغن گریزی نانو ساختار حاصله را روشن می‌سازد و این نكته را بیان می‌كند كه چگونه نسبت تركیب شیمیایی فلوئورو سیلیسیوم بر خواص ترشدگی نظیر CAهای آب و روغن و پایداری ابر آبگریزی اثر می‌گذارد. یك مدل كاسی – باكستر (Cassie–Baxter) اصلاح شده نیز برای بررسی آبگریزی و روغن گریزی نانو پوششهای با پایه سیلیكا حاصله ارائه می‌شود.

2- بخش تجربی

روش سل- ژل عموما استفاده شده برای تهیه نانو ذرات سیلیسیوم دی اکسید به کار برده می شود. ابتدا، سل پلیمری محتوی Si به وسیله مخلوط کردن تترا اتوکسی سیلان (C₈H₂₀O₄Si، خلوص تجزیه ای، آلدریچ) و اتانول / آب فاقد یون (D.I) (1: 3 به صورت v/v) تهیه می شود. برای اصلاح مقدار pH سل محتوی Si به pH=12 از محلول آمونیاک (N1/0) استفاده می شود. سل های شفاف در دمای اتاق به مدت 8 ساعت به صورت مغناطیسی به هم زده می شوند. سپس، مخلوط محتوی فلوئور کوپلیمر پرفلوئوروآکلیل متاکریلیک (زونیل 8740، شرکت دوپونت) و آب مقطر (3/7 به صورت v/v) تهیه می شود و بعد با محلول دوغاب سیلیکا مخلوط می گردد. سه نسبت حجمی محلول های سیلیکا به فلوئور به ترتیب به 1:2، 1:1 و 2:1 تنظیم می شوند. برای جلوگیری از مزاحمت زبری سطح که ممکن است از سوبسترا حاصل شود، از یک ویفر (100)Si به عنوان سوبسترا استفاده می شود. هر قطعه از ویفر Si دقیقا به مساحت cm² 2×2 بریده می شود. این دوغابهای دارای نسبتهای شیمیایی متفاوت F و Si، پس از پخش (پراکندگی) قابل توجه تحت یک حمام آلتراسونیک، با استفاده از یک پوشش دهنده چرخشی که در یک فرایند پوشش دهی دو مرحله ای عمل می کند بر روی ویفرهای Si پهن می شوند. سرعت چرخش فرایند پوشش دهی اولیه در rpm500 به مدت s5 تنظیم می شود و سپس سرعت مرحله دوم به rpm3000 بالا برده می شود و به مدت 10 ثانیه در این سرعت نگه داشته می شود. سپس تمام نمونه های تهیه شده در یک آون خلأ در دمای 85 درجه سانتی گراد 2 ساعت خشک می گردد.

3- نتایج و بحث

 جدول 1 نتایج آنالیز XPS برای چهار نوع پوشش با پایه SiO₂ که صورت F-Si نشان داده می شوند و همراه با مقدار نسبت حجمی محلول F/Si می باشند را نشان می دهد. از آنالیز XPS برای تعیین ترکیب شیمیایی پوشش های با پایه سیلیکا استفاده می شود. شکل 1 طیفهای XPS  پوشش های با پایه سیلیکا با نسبتهای متفاوت F/Si را نشان می دهد. آنالیز XPS  به وضوح نشان می دهد که عناصری نظیر F, O, C و Si در طیفهای XPS  یافت می شوند. پیکهای طیفهای پویشیF 1s و .2s Si به ترتیب انرژیهای پیوندی تقریبا 692 و eV 156 دارند. آنالیز مقداری برای تعیین غلظتهای F و Si سطح انجام شده و نسبتهای اتمی (Si 2s)/ (F 1s) در جدول 1 فهرست شده اند و این نکته را نشان می دهند که این نسبتها با افزایش فلوئور یعنی افزایش نسبت اتمی F/Si از 81/0 به 24/4، افزایش می یابند.

مسیر تغییر نسبت (Si 2s)/ (F 1s) با مسیر تغییر افزودن محلول محتوی فلوئور مشابه است. این نتیجه نشان می دهد که ترکیبهای شیمیایی متفاوت F/Si مربوط به پوشش های با پایه سیلیکا می توانند به صورت شیمیایی به وسیله سنتز سل- ژل با بارهای فلوئور تهیه شود.

بنابراین، افزودن فلوئور به محلول مخلوط F/Si مقدار فلوئور سطح را آشکارا افزایش می دهد زیرا آنالیز XPS فقط می تواند ترکیب سطحی داخل عمق چند صد آنگسترومی را ردیابی کند. این نکته کاملا معلوم شده که شیمی پایه فرایند سل- ژل SiO₂ شامل سه مرحله است: هیدرولیز (R1)، تراکم اکسولاسیون – آلکوکسولاسیون (R2a و R2b) و پلیمریزاسیون (R3) [24 و25].

4- نتیجه گیری

در این تحقیق، یک تکنیک مناسب برای سنتز پوشش های با پایه سلیکای ابر آبگریز و ابر روغن گریز ارائه شده است. این نکته معلوم شده که انباشتگی نانو ذرات کروی سیلیکا با قطر nm20 یک ناهمواری سطحی اولیه ایجاد می کند. نسبت اتمی فلوئور به سیلیسیوم در پوشش سیلیکا نقش مهمی را در تاثیر بر آبگریزی و روغن گریزی ایفا می کند یعنی یک نسبت بهینه F/Si : 13/2 برای بهترین آبگریزی (1/168 درجه) و روغن گریزی (2/165 درجه) . مدل کاسی- باکستر نشان می دهد که اثر ترکیبی انباشتگی کره سیلیکا و فلوئور دار کردن سطحی در جزء مساحت بالای ریز قطره آب و EG در تماس با هوا مشارکت دارد که منجر به آبگریزی و روغن گریزی پایدار می شود. ایجاد دمای پایین راه بالقوه ای را برای تهیه پوشش های چند عاملی و انواع کاربردهای بالقوه را برای پوشش دهی روی سوبستراهای پلیمری یا انعطاف پذیر مختلف با ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی ارائه می دهد.