ابر آبگریزی ابر روغن گریزی نانو پوششهای پایه سیلیکا

ابر آبگریزی ابر روغن گریزی نانو پوششهای پایه سیلیکا – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

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

چکیده

این تحقیق یک تکنیک پوشش دهی تک مرحله‌ای را برای سنتز پوششهای با پایه سیلیکا و ابر آبگریز و ابر روغن گریز و بدون هیچ فرآوری انرژی سطحی پایین اضافی را بکار می‌گیرد. مشاهدات توپوگرافی سطح نشان می‌دهند که انباشتگی نانو ذرات کروی سیلیکا با قطر nm20 زبری سطح اولیه ای را ایجاد می‌کنند. نسبت اتمی فلوئور به سیلیسیم در پوشش سیلیکا نقش مهمی را در ایجاد اثر آبگریزی و روغن گریزی ایفا می‌کند، یعنی نسبت بهینه F/Si:2/13 برای بهترین آبگریزی (۱/۱۶۸درجه) و بهترین روغن گریزی (۲/۱۶۵درجه). مدل کاسی – باکستر چنین تحلیل می‌کند که اثر ترکیبی انباشتگی سیلیکای کروی و فلوئوردار شدن سطح در جزء سطحی بالای قطرات آب و اتیلن گلیکول در تماس با هوا مشارکت دارند و منجر به ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی پایدار می‌شوند. چنین نانو پوشش دهی چند عاملی از طریق ساخت تک مرحله‌ای، ظرفیتهای برجسته متنوعی را برای مهندسی سوبستراهای پلیمری یا انعطاف‌پذیر با ابر آبگریزی و ابر روغن‌گریزی ایجاد می‌کند.

واژگان کلیدی:  نانو پوشش دهی، ابر آبگریزی، ابر روغن گریزی، زاویه تماس، نانو ذرات سیلیکا

ابر آبگریزی ابر روغن گریزی نانو پوششهای پایه سیلیکا

۱- مقدمه

سطوح دارای زاویه تماس آب (CA) بزرگتر از ۱۵۰ درجه نوعا به سطوح ابر آبگریز یا بسیار دفع کننده آب اشاره دارند[۱-۲]. این خاصیت ترشدگی اجازه می‌دهد که قطره ‌های باران به آسانی از روی این سطوح بلغزند، بنابراین چرک و نخاله‌ها شسته می‌شوند یعنی اثر  تمیز شوندگی درخت «سدر (کنار)» یا «اثر خود تمیز شوندگی» وجود دارد[۷-۳]. گروه‌های متعددی نظیر آرایه‌های نانو لوله‌ای کربنی (CNT) ردیفی[۱۱-۸]، CNTهای غیر ردیفی[۱۲-۱۳]، فیلم‌های کریستالی کلوییدی[۱۴]، چند سازه‌های کربنی دو ردیفی[۱۵-۱۶] و پوشش پلی‌آلکیل سیلوکسان اصلاح شده با افزودن نانو ذرات سیلیکا[۱۷]، سطوح ابر آبگریز مصنوعی را ایجاد کرده‌اند. عقیده بر این است که این سطوح آبگریز در فهم مکانیسم‌های بنیادی، که 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 کنند اما نمی‌توانند روغن را دفع کنند. بنابراین، توجه در این تحقیق به ایجاد سطوح عاملی که هم ابر آبگریزند و هم ابر روغن گریز (هم CA_water و هم CA_oil بزرگتر از ۱۵۰درجه)، متمرکز 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.

با نگرش فوق، هدف از این تحقیق، ارائه یک تکنیک مناسب جهت ساخت نانو پوششهای چند عاملی دارای آبگریزی و روغن گریزی می‌باشد. پوشش دهی چرخشی تک مرحله‌ای با استفاده از مخلوط فلوئورو سیلیکا، پوشش یکنواختی با ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی ایجاد می‌کند. این تحقیق بعضی از جنبه‌های آبگریزی و روغن گریزی نانو ساختار حاصله را روشن می‌سازد و این نکته را بیان می‌کند که چگونه نسبت ترکیب شیمیایی فلوئورو سیلیسیوم بر خواص ترشدگی نظیر CAهای آب و روغن و پایداری ابر آبگریزی اثر می‌گذارد. یک مدل کاسی – باکستر (Cassie–Baxter) اصلاح شده نیز برای بررسی آبگریزی و روغن گریزی نانو پوششهای با پایه سیلیکا حاصله ارائه می‌شود.

ابر آبگریزی ابر روغن گریزی نانو پوششهای پایه سیلیکا

۲- 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 ۸ ساعت به صورت مغناطیسی به هم زده می شوند. سپس، مخلوط محتوی فلوئور کوپلیمر پرفلوئوروآکلیل متاکریلیک (زونیل ۸۷۴۰، شرکت دوپونت) و آب مقطر (۳/۷ 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 ۱:۲، ۱:۱ و ۲:۱ تنظیم می شوند. برای جلوگیری از مزاحمت زبری سطح که ممکن است از سوبسترا حاصل شود، از یک ویفر (۱۰۰)Si به عنوان سوبسترا استفاده می شود. هر قطعه از ویفر Si دقیقا به مساحت cm² 2×۲ 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 ۱۰ ثانیه در این سرعت نگه داشته می شود. سپس تمام نمونه های تهیه شده در یک آون خلأ در دمای ۸۵ درجه سانتی گراد ۲ ساعت خشک می گردد.

ابر آبگریزی ابر روغن گریزی نانو پوششهای پایه سیلیکا

۳- نتایج و بحث

 جدول ۱ 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 ۱ 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 .۲s Si به ترتیب انرژیهای پیوندی تقریبا ۶۹۲ و eV 156 دارند. آنالیز مقداری برای تعیین غلظتهای F و Si سطح انجام شده و نسبتهای اتمی (Si 2s)/ (F 1s) در جدول ۱ فهرست شده اند و این نکته را نشان می دهند که این نسبتها با افزایش فلوئور یعنی افزایش نسبت اتمی F/Si از ۸۱/۰ به ۲۴/۴، 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 و۲۵].

ابر آبگریزی ابر روغن گریزی نانو پوششهای پایه سیلیکا

۴- 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 (۱/۱۶۸ درجه) و روغن گریزی (۲/۱۶۵ 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.