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Engineering

विरोधी टुकड़े अनुप्रयोगों के लिए Superhydrophobic धातु सतहों का निर्माण

Published: August 15, 2018 doi: 10.3791/57635
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Biocolloid and Fluid Physics Group, Faculty of Sciences, Applied Physics Department, University of Granada

Summary

हम superhydrophobic धातु सतहों का उत्पादन करने के लिए और उनके स्थायित्व और विरोधी टुकड़े संपत्तियों का पता लगाने के लिए कई तरीकों को वर्णन ।

Abstract

superhydrophobic धातु सतहों का उत्पादन करने के लिए कई तरीके इस काम में प्रस्तुत कर रहे हैं । एल्यूमिनियम उद्योग में अपने व्यापक उपयोग के कारण धातु सब्सट्रेट के रूप में चुना गया था । उत्पादित सतह की गीला बूंद प्रयोगों उछल और स्थलाकृति द्वारा विश्लेषण किया गया था फोकल माइक्रोस्कोप द्वारा विश्लेषण किया गया था । इसके अलावा, हम विभिन्न तरीकों को दिखाने के लिए इसके स्थायित्व और विरोधी टुकड़े गुणों को मापने के लिए । Superhydrophobic सतहों एक विशेष बनावट है कि उनके पानी-repellency रखने के लिए संरक्षित किया जाना चाहिए पकड़ो । टिकाऊ सतहों बनाना, हम दो रणनीतियों एक प्रतिरोधी बनावट को शामिल करने के बाद । पहली रणनीति एसिड नक़्क़ाशी द्वारा धातु सब्सट्रेट करने के लिए किसी न किसी के प्रत्यक्ष शामिल है । इस सतह texturization के बाद, सतह ऊर्जा silanization या फ्लोरो जमाव से कम हो गया था । दूसरी रणनीति एक सीरिया परत की वृद्धि (सतह texturization के बाद) है कि सतह कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने चाहिए । सतह ऊर्जा एक stearic एसिड फिल्म के साथ कम किया गया था ।

superhydrophobic सतहों के स्थायित्व एक कण प्रभाव परीक्षण द्वारा जांच की थी, पार्श्व घर्षण, और यूवी ओजोन प्रतिरोध द्वारा यांत्रिक पहनते हैं । विरोधी टुकड़े संपत्तियों को ठंडा पानी, ठंड देरी, और बर्फ आसंजन निरसन की क्षमता का अध्ययन करके पता लगाया गया ।

Introduction

superhydrophobic की क्षमता (एसएच) पानी घृणा उत्पंन करने के लिए कारण है कि वे परंपरागत रूप से1,2टुकड़े को रोकने के समाधान के रूप में प्रस्तावित कर रहे है सतहों । हालांकि, वहां विरोधी टुकड़े एजेंटों के लिए एसएच की उपयुक्तता के बारे में चिंता कर रहे हैं: 1) उत्पादन की उच्च लागत, 2) कि superhydrophobicity हमेशा बर्फ के लिए नेतृत्व नहीं करता है-phobicity3, और 3) एसएच4 सतहों के संदिग्ध स्थायित्व . Superhydrophobic सतहों दो उनकी स्थलाकृति और रासायनिक5संरचना से संबंधित गुण पकड़: वे किसी न किसी विशेष स्थलाकृतिक सुविधाओं के साथ, कर रहे हैं; और उनकी सतह ऊर्जा कम है (आंतरिक रूप से hydrophobic) ।

एक hydrophobic सतह पर किसी न किसी वास्तविक ठोस तरल क्षेत्र और स्पष्ट संपर्क क्षेत्र के बीच अनुपात को कम करने के लिए कार्य करता है । पानी के साथ संपर्क में पूरी तरह से नहीं है ठोस कारण कमल प्रभाव6,7, जब ड्रॉप आराम या सतह asperities पर ले जाता है । इस परिदृश्य में, ठोस तरल इंटरफ़ेस दो रासायनिक डोमेन के साथ विषम रूप से कार्य करता है: ठोस सतह ही और छोटे हवा के बीच फंस बुलबुले ठोस और पानी8। पानी repellency की डिग्री फंस हवा की राशि से जुड़ा है क्योंकि हवा पैच चिकनी और उसके आंतरिक संपर्क कोण है १८० ° है । कुछ अध्ययनों से सूक्ष्म और नैनो-asperities के साथ एक पदानुक्रमित सतह बनावट के शामिल की रिपोर्ट करने के लिए इष्टतम रणनीति बेहतर पानी से बचाने वाली क्रीम गुण (ठोस तरल अंतरफलक पर हवा की अधिक से अधिक उपस्थिति)9प्रदान करते हैं । कुछ धातुओं के लिए, एक कम लागत रणनीति बनाने के लिए दो स्तर की असहजता सुविधाओं एसिड-नक़्क़ाशी10,11है । यह कार्यविधि अक्सर उद्योग में उपयोग किया जाता है । कुछ एसिड सांद्रता और नक़्क़ाशी समय के साथ, धातु की सतह उचित पदानुक्रमित किसी न किसी से पता चलता है । सामांय में, सतह roughening एसिड एकाग्रता अलग से अनुकूलित है, समय नक़्क़ाशी, या दोनों12। धातुओं की सतह ऊर्जा उच्च है और इस कारण के लिए, पानी से बचाने वाली क्रीम धातु सतहों के निर्माण बाद में hydrophobization की आवश्यकता है ।

Hydrophobization आम तौर पर विभिन्न तरीकों का उपयोग कर hydrophobic फिल्म साठा द्वारा हासिल की है: silanization10,13, डुबकी-14कोटिंग, स्पिन-15कोटिंग,16 या प्लाज्मा-साठा17 छिड़काव . Silanization एसएच सतहों के कम स्थायित्व में सुधार के लिए सबसे होनहार उपकरण में से एक के रूप में18 का प्रस्ताव किया गया है । अंय स्वभाव तकनीक के विपरीत, silanization प्रक्रिया एसआई के बीच एक आबंध बांड पर आधारित है ओह, धातु सब्सट्रेट10के सतह हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ समूहों । silanization प्रक्रिया की एक खामी को कवरेज और एकरूपता के एक उच्च स्तर के लिए पर्याप्त हाइड्रॉक्सिल समूह बनाने के लिए धातु सब्सट्रेट के पिछले सक्रियण के लिए की जरूरत है । एक और रणनीति हाल ही में प्रतिरोधी superhydrophobic सतहों का उत्पादन करने का प्रस्ताव दुर्लभ पृथ्वी कोटिंग्स19,20का उपयोग है । सीरिया कोटिंग्स दो गुण है कि इस प्रयोग का औचित्य साबित: वे आंतरिक रूप से21hydrophobic किया जा सकता है, और वे यांत्रिक और रासायनिक मजबूत कर रहे हैं । विशेष रूप से, सबसे महत्वपूर्ण कारणों में से एक क्यों वे सुरक्षात्मक कोटिंग्स के रूप में चुना जाता है उनकी जंग सुरक्षा क्षमताओं20है ।

लंबे समय से स्थायी एसएच धातु का उत्पादन करने के लिए, दो मुद्दों पर विचार कर रहे हैं: सतह बनावट क्षतिग्रस्त नहीं किया जाना चाहिए, और hydrophobic फिल्म/कोटिंग मजबूती सब्सट्रेट करने के लिए लंगर डाला जाना चाहिए । सतहों आमतौर पर पार्श्व घर्षण या कण4प्रभाव से उत्पंन पहनने के लिए उजागर कर रहे हैं । यदि asperities क्षतिग्रस्त हो जाती हैं तो जल-repellency में काफी कमी आ सकती है. चरम वातावरण के तहत, hydrophobic कोटिंग आंशिक रूप से सतह से हटा दिया जा सकता है या रासायनिक यूवी जोखिम, आर्द्रता या जंग द्वारा अपमानित किया जा सकता है । टिकाऊ श सतहों कोटिंग्स के डिजाइन कोटिंग और सतह इंजीनियरिंग के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती है ।

धातुओं के लिए, सबसे अधिक मांग की आवश्यकताओं में से एक यह है कि विरोधी टुकड़े करने की क्षमता के रूप में तीन परस्पर पहलुओं22 पर आधारित है 1 चित्रामें सचित्र: ठंडा पानी repellency, ठंड देरी, और कम बर्फ आसंजन । आउटडोर टुकड़े होता है जब उपठंडा पानी, आम तौर पर बारिश की बूंदों, एक ठोस सतह के साथ संपर्क में आता है और तेजी से विषम nucleation23से जमे हुए है । गठित बर्फ (राइम) मजबूती से सतह से जुड़ी है. इस प्रकार, सुहागा से बचने के लिए पहला कदम ठोस-जल संपर्क समय को कम करना है । अगर सतह superhydrophobic है तो बारिश की बूंदों को ठंड से पहले सतह से निष्कासित किया जा सकता है । इसके अलावा, यह सिद्ध किया गया है कि, आर्द्र परिस्थितियों के तहत, एक उच्च संपर्क कोण देरी के साथ सतहों एक कम संपर्क कोण24के साथ उन लोगों की तुलना में अधिक कुशलता से ठंड । इन दो कारणों के लिए, श सतहों सबसे उपयुक्त सतहों के लिए टुकड़े को कम कर रहे हैं । हालांकि, superhydrophobic सतहों के जीवनकाल एक महत्वपूर्ण बात के बाद से टुकड़े शर्तों आमतौर पर आक्रामक25हो सकता है । कुछ अध्ययनों से निष्कर्ष निकाला है कि श्री सतहों बर्फ आसंजन26कम करने के लिए सबसे अच्छा विकल्प नहीं हैं । एक बार सतह पर बर्फ रूपों, यह मजबूती से सतह asperities के कारण जुड़ा रहता है । किसी न किसी बर्फ सतह संपर्क क्षेत्र और इंटरलाकिंग एजेंटों26के रूप में asperities अधिनियम बढ़ जाती है । टिकाऊ एसएच सतहों के उपयोग की सतह पर पहले से ही मौजूद बर्फ के कोई निशान नहीं हैं, तो टुकड़े से बचने के लिए सिफारिश की है ।

इस काम में, हम धातु सब्सट्रेट पर टिकाऊ एसएच सतहों का उत्पादन करने के लिए कई प्रोटोकॉल मौजूद । हम सब्सट्रेट के रूप में एल्यूमीनियम (अल) का उपयोग करें क्योंकि यह व्यापक रूप से उद्योग में प्रयोग किया जाता है, और विरोधी के शामिल टुकड़े संपत्तियों कुछ अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से प्रासंगिक है (स्की रिसॉर्ट्स सुविधाएं, एयरोनॉटिक्स, आदि) । हम सतहों के तीन प्रकार तैयार: एक textured अल सतह एक फ्लोरो कोटिंग, एक fluorosilane के साथ एक textured अल सतह silanized के साथ लेपित, और एक सीरिया-stearic एसिड एक अल सब्सट्रेट पर bilayer । इसी तरह की तकनीक17,27,28,29 प्रदान 100-300 एनएम फिल्म मोटाई या यहां तक कि monolayer फिल्मों । प्रत्येक सतह के लिए, हम उनके गीला गुण मापा और वस्त्र परीक्षण आयोजित किया । अंत में, हम तीन स्वतंत्र रूप से तीन गुण चित्रा 1में दिखाया गया जांच करने के उद्देश्य से परीक्षण का उपयोग करके अपने विरोधी टुकड़े प्रदर्शन का विश्लेषण किया ।

हमारा प्रोटोकॉल चित्रा 2में दिखाई गई योजना पर आधारित है । एक बार एसएच अल सतहों तैयार कर रहे हैं, उनके गीला गुण और स्थलाकृति उनके repellency गुण और किसी न किसी सुविधाओं का निर्धारण करने के लिए विश्लेषण कर रहे हैं । गीला गुण शेख़ी ड्रॉप प्रयोगों, जो एक तकनीक पानी तंयता आसंजन से जुड़ा है द्वारा विश्लेषण कर रहे हैं । ड्रॉप बाउंस के अवलोकन के बाद से आवश्यक है, इस तकनीक superhydrophobic सतहों के लिए ही उपयुक्त है13. प्रत्येक सतह के उपचार के लिए, हम विरोधी टुकड़े परीक्षण और एक और चार नमूने स्थायित्व परीक्षण प्रदर्शन करने के लिए संचालन करने के लिए कम से कम चार नमूने तैयार किया । प्रत्येक स्थायित्व परीक्षण के बाद हुई क्षति गीला गुण और किसी न किसी सुविधाओं के नुकसान को मापने के द्वारा विश्लेषण किया गया था । इस काम में प्रस्तावित लोगों के लिए इसी तरह के स्थायित्व परीक्षण हाल ही में अंय धातु27,30सतहों के लिए इस्तेमाल किया गया ।

विरोधी टुकड़े परीक्षण के विषय में, इस अध्ययन का उद्देश्य यह निर्धारित करने के लिए कि उत्पादित एसएच अल सतहों के उपयोग विरोधी टुकड़े एजेंटों के रूप में सुविधाजनक हैं । इसलिए, हम तुलना के लिए विश्लेषण, दो नियंत्रण नमूने के प्रदर्शन: एक) एक अनुपचारित अल नमूना (चिकनी हाइड्रोफिलिक नमूना) और ख) एक hydrophobized लेकिन बनावट नमूना (चिकनी hydrophobic नमूना) नहीं. इसी प्रयोजन के लिए, एक textured लेकिन नहीं hydrophobized सतह का उपयोग ब्याज की हो सकती है । दुर्भाग्य से, इस सतह अत्यंत गीला है और विरोधी टुकड़े परीक्षण उनके लिए बाहर नहीं किया जा सकता है ।

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Protocol

नोट: प्रोटोकॉल चित्रा 2में दिखाया योजना इस प्रकार है ।

1. नमूना तैयारी

  1. काटना और सफाई
    1. एक धातु कतरनी का उपयोग कर, २५० मिमी x २५० मिमी x ०.५ मिमी एल्यूमीनियम की चादरें 25 मिमी x ४५ मिमी x ०.५ मिमी टुकड़ों में काटा ।
      नोट: विशेष देखभाल जब धातु कतरनी का उपयोग कर लिया जाना चाहिए, और विशेष प्रशिक्षण आवश्यक हो सकता है ।
    2. सुरक्षात्मक फिल्म नमूने के एक तरफ कवर निकालें और इस पक्ष धोने सफाई समाधान के आसपास ५० मिलीलीटर का उपयोग कर । नमूनों को धीरे से दस्ताने हाथों से धोएं । घर्षण दस्तों के उपयोग से बचें ।
    3. आसुत पानी के प्रवाह में प्रचुर मात्रा में नमूनों कुल्ला । बाद में, ९६% इथेनॉल के 30 मिलीलीटर में प्रत्येक नमूने विसर्जित, ३०० एस के लिए sonicate, और ३०० एस के लिए ultrapure पानी की 30 मिलीलीटर में दोहराएं ।
    4. पानी से नमूने निकालें और उंहें 1 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर सूखी ।
  2. एसिड नक़्क़ाशी
    1. नक़्क़ाशी प्रतिक्रिया के लिए, ultrapure पानी13में एचसीएल के एक 4 मीटर समाधान तैयार करते हैं । ४८० एस के लिए इस समाधान के ८० मिलीलीटर में प्रत्येक नमूने विसर्जित कर दिया । प्रतिक्रिया के बाद लगभग ३६० एस, जब देशी ऑक्साइड सतह परत हटा दिया जाता है और अधिक जोरदार हो जाता है ।
      चेतावनी: सुरक्षा के लिए, एक डाकू में इस प्रतिक्रिया आचरण । दस्ताने, लैब कोट और सुरक्षात्मक चश्मे पहनें ।
    2. एसिड समाधान युक्त चोंच के बगल में, ultrapure पानी के साथ एक और चोंच तैयार करने के लिए अचानक प्रतिक्रिया को रोकने के लिए । polytetrafluoroethylene चिमटी का उपयोग कर, एसिड समाधान से नमूना निकालें और पानी में डूबे । नमूना प्रचुर मात्रा में ultrapure पानी में कुल्ला ।
    3. नमूने पूरी तरह से उंहें फ़िल्टर और संपीड़ित हवा के साथ उड़ाने से सूखी । ध्यान दें कि नक़्क़ाशी प्रतिक्रिया के बाद नमूना superhydrophilic है और यह एक मुश्किल काम हो सकता है सुखाने । उड़ाने के द्वारा पानी की macroscopic हटाने के बाद, एक ओवन में पानी के निशान हटाने के लिए १२० ° c ६०० s.
      नोट: आवश्यक में यह सुखाने की प्रक्रिया, विशेष रूप से नमूनों के लिए बाद में silanized हो ।
  3. Hydrophobization
    1. Hydrophobization द्वारा फास-17 silanization
      1. भाप से पहले चरण silanization, ६०० के लिए हवा के साथ नमूनों का इलाज-प्लाज्मा १०० डब्ल्यू में एक प्लाज्मा क्लीनर ऑपरेटिंग का उपयोग कर एस इस प्रक्रिया को सक्रिय सतह कार्यात्मक समूह (-OH समूह) है कि silane अणुओं के लिए linker के रूप में कार्य करते हैं ।
      2. इसके बाद, एक गिलास पेट्री डिश के अंदर नमूनों का परिचय थोड़ा सतह को झुकाने के लिए एक पिपेट टिप की मदद से झुका । जमा २ ५० के µ एल बूंदें1, 4, 2H, 2H-Perfluorodecyl-triethoxysilane (फास-17) नमूना 13 के बगल में पेट्री डिश पर ।
      3. पेट्री पकवान आंशिक रूप से कवर और यह एक हवा में जगह-खाली desiccator रातोंरात । अंत में, desiccator हवादार । नमूने, जो उपयोग करने के लिए तैयार है निकालें ।
    2. Hydrophobization ने फ्लोरो (polytetrafluoroethylene) साठा
      1. 1/20 (v/v)16के अनुपात में एक fluorocarbon विलायक में अमली फ्लोरो के समाधान के साथ लगभग 10 सेमी से16 नक़्क़ाशी नमूने स्प्रे । एक इत्र समाधान के साथ भरा विसारक इस प्रयोजन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । ६०० एस के लिए कमरे के तापमान पर शुष्क करने के लिए छोड़ एक चिकनी-hydrophobic एल्यूमीनियम सतह (आरएक = 0.25 ± 0.03 µm) बनाने के लिए एक साफ गैर-धंसा सतह पर एक ही प्रक्रिया को दोहराएँ ।
      2. एक दूसरे कोट लागू करें और ६०० एस के लिए एक ११० डिग्री सेल्सियस ओवन में नमूनों का परिचय विलायक के कुल हटाने और फ्लोरो कोटिंग के एक crosslinking सुनिश्चित करने के लिए । इस प्रक्रिया के स्थायित्व, के रूप में निर्माता द्वारा संकेत बढ़ जाती है ।
    3. Hydrophobization द्वारा सीरिया-stearic अम्ल जमाव
      1. एसीटोन/इथेनॉल/पानी में धंसा नमूनों को साफ करें, उन्हें पानी में ३०० एस के लिए sonicate और उन्हें संकुचित हवा के प्रवाह में सुखाएं ।
      2. cerium trichloride heptahydrate के 2 जी (CeCl3· 7H2ओ), और 30% हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच2ओ2) के 3 मिलीलीटर युक्त जलीय समाधान के ५० मिलीलीटर में31 नमूने विसर्जित कर दिया । 1 एच के लिए एक ४० डिग्री सेल्सियस ओवन में समाधान में डूबे नमूना मशीन ।
      3. इसे हल से निकालें, आसुत जल में कुल्ला और ६०० एस के लिए एक १०० डिग्री सेल्सियस ओवन में सूखी ।
      4. ९०० एस के लिए stearic एसिड की एक 30 मिमी इथेनॉल समाधान में नमूना विसर्जित कर दिया, यह इथेनॉल में कुल्ला और ६०० एस के लिए एक १०० डिग्री सेल्सियस ओवन में सूखी ।
        नोट: एक बार सूख और कमरे के तापमान के नीचे ठंडा, नमूनों का उपयोग करने के लिए तैयार हैं । एसएच सीरिया-stearic कोटिंग एसिड के साथ उत्पादित सतहों बाद Ce-SA लेपित सतह के रूप में भेजा जाता है ।

2. नमूना लक्षण वर्णन

  1. गीला विश्लेषण
    1. उछल छोड़ प्रयोग
      1. उत्पादित नमूना के पानी repellency डिग्री शेख़ी बूंदें प्रयोगों द्वारा का मूल्यांकन13. एक ड्रॉप है कि एक निश्चित सिरिंज जिसकी सुई सतह से ऊपर (१०.१ ± ०.२) मिमी पर स्थित है से जारी किया गया है द्वारा दिए गए बाउंस्स की संख्या बढ़ाता है । ड्रॉप वॉल्यूम सामांयतया 4 µ l है ।
      2. एक उच्च गति कैमरे के साथ अनुक्रम पर कब्जा । उच्च गति वीडियो अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में, प्रति सेकंड ४२०० छवियों के लिए अधिग्रहण की दर को ठीक करने और २३५ µs के लिए जोखिम का समय है ।
      3. वीडियो रिकॉर्ड किया गया है एक बार, ड्रॉप ड्रॉप पहले से ही नमूना के साथ पूर्ण संपर्क में है जब तक जारी किया गया है जब से अनुक्रम का चयन करें (कोई और अधिक बाउंस मनाया जाता है). वीडियो फ़ाइल सहेजें ।
      4. प्रत्येक छवि के लिए,३२सॉफ्टवेयर का उपयोग कर ड्रॉप प्रोफ़ाइल का पता लगाने । इसके बाद, वीडियो अनुक्रम खेलते समय नग्न आंखों के साथ बाउंस्स की संख्या बढ़ाता है । मामले में है कि यह आसानी से पहचान नहीं है, स्थिर ड्रॉप (अधिक से अधिक 15-20%) के द्रव्यमान की स्थिति के केंद्र के ऊपर maxima की संख्या गिनती ।
    2. झुकाव प्लेट प्रयोगों
      1. इस परीक्षण का उपयोग केवल प्रत्येक विशिष्ट पहनने परीक्षण की वजह से क्षति यों तो । झुकने प्लेट प्रयोगों के साथ पानी की कतरनी आसंजन का विश्लेषण (TPE)३३ एक प्रयोगशाला डिजाइन झुकने तंत्र३४का उपयोग कर.
      2. एक inclinable मंच के लिए तय नमूना पर जमा एक sessile ड्रॉप के पक्ष दृश्य छवि अधिग्रहण का प्रयोग करें । छवि अधिग्रहण के दौरान (16 एफपीएस के निरंतर अधिग्रहण दर पर), लगातार कोणीय वेग (5 °/ इसलिए, एक ड्रॉप छवि हर ०.३१ ° कैप्चर करें ।
        नोट: एक विशिष्ट झुकाव कोण के ऊपर, ड्रॉप चाल (स्लाइड/सतह पर और इस राज्य को आगे बढ़ाने और संपर्क कोण (ऐका और आरसीए, क्रमशः) एक साथ घटता निर्धारित करने के लिए सेवा कर सकते हैं । न्यूनतम झुकाव कोण है कि संपर्क लाइन के एक वैश्विक विस्थापन पैदा (ऊपर की ओर और डाउनहिल संपर्क लाइन अंक एक साथ कदम) फिसलने कोण (एसए) के रूप में जाना जाता है । SA मूल्य है यहां TPE से सूचना दी ।
  2. किसी न किसी माप
    1. एक सफेद प्रकाश फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग कर नमूनों की सूक्ष्म किसी न किसी का विश्लेषण । एक स्थलाकृति के प्रति ०.२५२ x ०.१८७ mm के एक स्कैनिंग क्षेत्र सेट करें ।
    2. नमूना प्रति कम से 4 एक स्थलाकृति ले लो । आवर्धन 50X के उद्देश्य का उपयोग करें, ०.२ µm के ऊर्ध्वाधर चरणों में २०० ऊर्ध्वाधर विमानों पर कब्जा । आरए फैक्टर (अंकगणित किसी न किसी आयाम) का निर्धारण ।

3. स्थायित्व परीक्षण

नोट: प्रत्येक पहनते एजेंट द्वारा अलग से प्रेरित नुकसान का मूल्यांकन करें । नमूना प्रति एक से अधिक पहनने परीक्षण का संचालन न करें ।

  1. पार्श्व घर्षण टेस्ट
    नोट: पार्श्व घर्षण परीक्षण ( चित्रा 3ए देखें) एक वाणिज्यिक रैखिक घर्षण के माध्यम से प्रदर्शन कर रहे हैं । इस परीक्षण के लिए एक सतह के खिलाफ एक मानक घर्षण टिप के स्पर्श विस्थापन द्वारा प्रेरित पहनने का मूल्यांकन करना है । यह डिवाइस घर्षण की एक विस्तृत विविधता के उपयोग की अनुमति देता है, आवेदन के दबाव, पार्श्व गति और घर्षण चक्र३५की कुल संख्या की एक विस्तृत श्रृंखला की स्थापना ।
    1. निर्माता द्वारा प्रदान की एक मानक रबर घर्षण CS-10, का उपयोग करें । वेग को ठीक करने के लिए 20 चक्र/न्यूनतम भार का उपयोग करके लागू दबाव नियंत्रण. साधन है, जो ३५० जी के कुल वजन के अनुरूप द्वारा की अनुमति दी न्यूनतम दबाव सेट
      नोट: टिप चौड़ाई (6.70 ± 0.05 mm), और इस्तेमाल किया वजन पर विचार, इन सेटिंग्स के लिए इसी लागू दबाव 97.3 ± 1.4 केपीए है । कुल पहना क्षेत्र टिप की चौड़ाई और प्रत्येक घर्षण चक्र के लिए कुल लंबाई तक सीमित है । इसे ३८.१ mm पर सेट करें ।
    2. प्रत्येक नमूने के लिए, 1, 2, 3 और 5 चक्र के बाद प्रेरित पहनने का मूल्यांकन करें ।
      1. प्रत्येक पहनने के उपचार के बाद, धीरे सतह ब्रश (निर्माता द्वारा प्रदान की ब्रश का उपयोग करके), पानी में कुल्ला, और संपीड़ित हवा का उपयोग करने पर झटका । TPE का उपयोग कर गीला गुणों का मूल्यांकन, के रूप में खंड 2.1.2 में वर्णित है ।
  2. घर्षण कण प्रभाव परीक्षण
    1. मानक घर्षण परीक्षण D968 से प्रेरित है जो चित्र बीमें दिखाया गया सेट-अप का उपयोग करके कण प्रभाव परीक्षण आचरण । एक गिलास कीप से घर्षण रेत के 30 मिलीलीटर (लगभग ५५ ग्राम) रिलीज । सतह से (25 ± 1) सेमी पर अपने चरम नीचे का पता लगाएं ।
    2. (12 ± 1) मिमी की एक कीप नल व्यास और (97 ± 1) मिमी की लंबाई का उपयोग करें, जबकि नमूना ४५ ° inclining, कीप खड़ी रखें. नमूने पर प्रभाव पड़ने के बाद, एक कंटेनर के नीचे रखा में रेत इकट्ठा ।
    3. एक बार एक पहनने चक्र का आयोजन किया जाता है, आसुत जल के साथ सतह कुल्ला, यह संकुचित हवा के प्रवाह में सूखा और TPE द्वारा गीला गुणों का मूल्यांकन (धारा 2.1.2) । इस पूरी प्रक्रिया को प्रत्येक नमूने के लिए 3 बार दोहराएं ।
  3. यूवी-ओजोन सतह क्षरण टेस्ट
    1. एक ओजोन क्लीनर का उपयोग यूवी ओजोन क्षरण परीक्षण का संचालन । ६०० एस के लिए कमरे के तापमान पर प्रत्येक नमूने का इलाज और चक्र एक बार दोहराएं ।
    2. बाद में, पानी में सतहों कुल्ला और उंहें संकुचित हवा के साथ सूखी ।
    3. यह निर्धारित करने के लिए कि superhydrophobic गुण यूवी-एक्सपोज़र के बाद बने रहते हैं, TPE अनुभाग 2.1.2 में वर्णित गीला गुणों का मूल्यांकन करें ।
  4. जल विसर्जन टेस्ट
    1. पानी में एक लंबी विसर्जन के बाद पानी के संपर्क द्वारा प्रेरित पहनने का मूल्यांकन करें । ultrapure पानी के एक १०० मिलीलीटर चोंच में नमूना परिचय 24 एच के लिए ।
    2. पानी से नमूने निकालें, उन्हें संकुचित हवा के साथ सूखा और ६०० एस के लिए एक १२० डिग्री सेल्सियस ओवन में जगह सतह से पानी की कुल हटाने सुनिश्चित करने के लिए. सतह पूरी तरह से सूख जाने पर, खंड 2.1.2 में वर्णित प्रोटोकॉल का उपयोग करके पानी के जोखिम के बाद गीला संपत्तियों का मूल्यांकन करें ।

4. विरोधी टुकड़े दक्षता मूल्यांकन

नोट: विरोधी टुकड़े दक्षता मूल्यांकन तीन चित्रा 1में दिखाया पहलुओं पर आधारित है ।

  1. ठंडा पानी टपकता परीक्षण
    नोट: नमूनों की उपशांत पानी repellency चित्र 4aमें दिखाया सेट अप के माध्यम से परीक्षण किया है. नमूना एक ठंड चैंबर के अंदर पेश किया है-20 डिग्री सेल्सियस, जो एक झुका (30 डिग्री) मंच के शीर्ष पर तय हो गई है । संतुलन में बर्फ और आसुत जल का मिश्रण (0 डिग्री सेल्सियस के स्थिर तापमान पर) ठंड चैंबर के बाहर रखा गया है ।
    1. एक सिकुड़नेवाला पंप का उपयोग कर चैंबर के अंदर ठंडा पानी पंप और यह 1 ड्रॉप हर 3 सेकंड के एक कम दर पर नमूना पर dripped जा रहा से पहले फ्रीजर के अंदर प्रसारित । एकल बूंदों लगभग ५० µ एल की एक मात्रा है
    2. एक बार टपकाव की प्रक्रिया शुरू की है, नमूना हर 10 एस के एक पार्श्व छवि पर कब्जा करने के लिए निर्धारित है कि बर्फ accretion होता है ।
  2. ठंड में देरी टेस्ट
    1. पिछले अनुभाग में उल्लेख किया एक ही ठंड कक्ष के अंदर ठंड देरी परीक्षण आचरण.
    2. लगभग 25 डिग्री सेल्सियस से नीचे कमरे के तापमान से एक ठंडा करने की प्रक्रिया के दौरान प्रत्येक तापमान के लिए, फ्रीज कि नमूना पर जमा sessile बूंदों का प्रतिशत निर्धारित करते हैं । इस परीक्षण के लिए सेट अप चित्रा 4bमें दिखाया गया है ।
    3. नमूना स्तर (शूंय झुकाव के साथ) और जमा sessile बूंदें ध्यान से रोल बंद से बचने के लिए । पानी से बचाने वाली क्रीम सतहों पर बूंदों की उच्च गतिशीलता के कारण, एसएच नमूनों पर उनमें से एक कम संख्या जगह है । एसएच सतहों के लिए प्रयोग को कई बार दोहराएँ ।
    4. एक थर्मल जांच का उपयोग करके तापमान और सापेक्ष आर्द्रता की निगरानी । एक वाणिज्यिक humidifier के साथ सापेक्षिक आर्द्रता (आरएच) पर नियंत्रण । आरएच लगभग ९५% है जब humidifier पर बंद है, और यह लगभग ४०% तक कम हो जाती है जब humidifier बंद है ।
    5. नमूना प्रति 30 µ एल की २०० बूंदों के आसपास का उपयोग करें (ड्रॉप ठंड एक stochastic घटना है, और विश्लेषण बूंदों की एक बड़ी संख्या के उपयोग की आवश्यकता है) ।
      नोट: इस प्रकार, इस परीक्षण के लिए अध्ययन के आराम के लिए इस्तेमाल किया उन से बड़े नमूनों का उपयोग करें । इस मामले में आकार १२५ मिमी x ६२.५ मिमी है और या तो नमूना खोदना या उनके नए नमूना आयामों के लिए सतहों hydrophobize करने के लिए प्रोटोकॉल अनुकूलन ।
    6. नमूना एक अलग मंच के शीर्ष पर फ्रीजर के नीचे भाग के बीच में रखें । धीरे नमूना प्रति ७० बूंदों की एक सरणी जमा (superhydrophobic नमूना के लिए 25) । फ्रीजर बंद करें और इसे चालू करें ।
      नोट: तापमान लगभग 25 डिग्री सेल्सियस से नीचे कमरे के तापमान से समय में रैखिक कम हो जाती है. कूलिंग की दर सापेक्षिक आर्द्रता पर निर्भर करती है । कम सापेक्ष आर्द्रता (humidifier unplugg), पूरी प्रक्रिया लगभग 2 घंटे लगते हैं, जबकि यह कम समय लगता है (लगभग 1 घंटे) अगर humidifier जुड़ा हुआ है । एक बार तापमान 0 ° c से कम है, बूंदें nucleate करने के लिए शुरू ।
    7. हर तापमान (०.५ डिग्री सेल्सियस के अंतराल में) के लिए जमे हुए बूंदों की संख्या की गणना, जब तक बूंदों की सभी समग्रता जम जाता है ।
  3. आइस आसंजन टेस्ट
    1. बल है कि अलग करने के लिए लागू किया जाना चाहिए (पुल बंद) एक नियंत्रणीय संपर्क क्षेत्र है कि प्रत्येक नमूने पर गठित किया गया है के साथ बर्फ का एक टुकड़ा यों तो । चित्र 4cमें सचित्र सेट अप का उपयोग करते हुए ये परीक्षण करें ।
    2. कैंची का उपयोग कर ~ 28 मिमी ऊंचाई के सिलेंडरों में 10 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ एक polytetrafluoroethylene पाइप में कटौती । नमूना के खिलाफ सिलेंडर दबाएँ । आसुत जल के १.२ मिलीलीटर के साथ इसे भरें । फ्रीजिंग चैंबर में भरे सिलेंडर को मिलवाएं और 1 ज का इंतजार करें ।
      नोट: एक बार पानी पूरी तरह से जम जाता है, सिलेंडर के साथ नमूना मजबूती से एक स्ट्राइकर प्लेट का उपयोग कर एक मंच के लिए तय हो गया है ।
    3. एक डिजिटल बल गेज एक नायलॉन धागे का उपयोग करने के लिए सिलेंडर टाई । जिस तरह से इस सिलेंडर धागे से बंधा हुआ है और धागे के संबंध में सिलेंडर के उंमुखीकरण पर निर्भर करता है जो प्रकार (कतरनी या तन्यता) आसंजन मूल्यांकन के अधीन है । इस गेज को एक मोटर चालित परीक्षण स्टैंड पर ठीक करें । फ्रीजिंग चैंबर बंद करें और ६०० s के लिए प्रतीक्षा करें ।
    4. (10 ± ०.५) mm/मिनट के एक निरंतर वेग पर नमूना से गेज को विस्थापित ।
      1. मोटर चालित परीक्षण स्टैंड के नियंत्रण कक्ष के भीतर मैन्युअल रूप से इस वेग को समायोजित करें । डायनामामीटर रीडिंग को नियंत्रित करने वाले प्रोग्राम के आइकन पर क्लिक करें. बल रिकॉर्ड करने के लिए प्रारंभ दबाएं ।
      2. तुरंत बाद, मोटर चालित स्टैंड नियंत्रण कक्ष के भीतर ऊर्ध्वाधर विस्थापन नीचे दबाने पर रखकर डायनामामीटर ऊपर की ओर ले जाएँ.
    5. जब नमूने के संबंध में डायनामामीटर के विस्थापन धागे का एक विस्तार और नमूने से बर्फ के एक जुदाई पैदा करता है, बंद करो पर क्लिक करें और उत्पंन डेटा फ़ाइल को बचाने के ।
      नोट: गेज समय के संदर्भ में बल पर नज़र रखता है. डायनामामीटर में विस्थापित है जो वेग को जानने (10 मिमी/विस्थापन के मामले में बल निर्धारित करते हैं । यह टूटना बल (अधिकतम बल बनाए रखने) और इकाई क्षेत्र प्रति आसंजन ताकत निर्धारित करने के लिए कार्य करता है ।
    6. कतरनी आसंजन का मूल्यांकन करें जब खींच-बंद बाद में किया जाता है । इस मामले में बल समानांतर संपर्क क्षेत्र के लिए लागू किया जाता है ( चित्रा 4bदेखें) । इस प्रयोजन के लिए, नमूना खड़ी ठीक और एक धातु की अंगूठी का उपयोग कर धागा करने के लिए सिलेंडर आधार से कनेक्ट । गेज द्वारा इस अंगूठी खींचो जब तक नमूना कतरनी विस्थापन से सतह से अलग ।
      नोट: तंयता आसंजन परीक्षण पीक बल का मूल्यांकन करता है और काम करने के लिए सतह से बर्फ का एक टुकड़ा अलग जब यह खड़ी खींच लिया है की जरूरत है ।
    7. इस मामले में, सिलेंडर दीवार है कि गेज करने के लिए सिलेंडर कनेक्ट करने के लिए सेवा पर दो छोटे छेद ड्रिल । फिर, इसे अनुलंब रूप से तब तक खींचें जब तक कि बर्फ अंततः सतह से अलग न हो जाए.

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Representative Results

इस अध्ययन में उपयोग किए गए एसएच सतहों के गीला और किसी न किसी गुण चित्रा 5में दिखाया गया है । प्रत्येक नमूने के लिए मापा बाउंस की औसत संख्या चित्रा 5 में प्रदर्शित किया जाता है और औसत किसी न किसी चित्र 5bमें दिखाया गया है. किसी न किसी और गीला गुणों के बीच कोई संबंध नहीं है । polytetrafluoroethylene लेपित नमूना के लिए मापा बाउंस की संख्या Ce-SA नमूना के साथ सहमत हैं । हालांकि, Ce-SA नमूना स्पष्ट रूप से किसी न किसी (~ ४०% अधिक रा मान) है । उनके गीला गुण स्पष्ट रूप से अलग हैं, जबकि इसके विपरीत, polytetrafluoroethylene के लिए आरए मान, फास-17 नमूने के लिए बहुत समान है ।

चित्रा 6 में हम तीन स्थायित्व परीक्षणों के गीला गुणों पर प्रभाव का विश्लेषण: पार्श्व घर्षण परीक्षण (चित्रा 6a), कण प्रभाव परीक्षण (चित्रा घमण्ड) और यूवी ओजोन एक्सपोजर (चित्रा 6c) । सभी एसएच नमूने गरीब यांत्रिक प्रतिरोध दिखाया, क्योंकि वे 2 चक्र के बाद अपने पानी repellency गुण खो देते हैं ।

यूवी ओजोन परीक्षण के विषय में, हम polytetrafluoroethylene कोटिंग कई चक्रों के बाद अनछुए बने रहे, जबकि सतहों के बाकी स्पष्ट रूप से इन पहनने एजेंटों के कम से कम एक से क्षतिग्रस्त हो गए थे । सभी सतहों लंबे समय तक पानी जोखिम (उनके फिसलने कोण में परिवर्तन के बिना) के लिए एक अच्छा प्रतिरोध दिखाया । उनकी गहमागहमी के कारण यहां ये परिणाम नहीं दिखाई दे रहे हैं.

पहले विरोधी टुकड़े परीक्षण आयोजित किया गया था ठंडा पानी repellency परीक्षण । हमने देखा है कि सभी श सतहों बहुत कुशलता से व्यवहार किया, अधिक से अधिक 12 घंटे के लिए टपकता पानी के बाद बर्फ accretion से परहेज । इन परिणामों uncoat एल्यूमीनियम नमूना के लिए प्राप्त उन लोगों की तुलना में काफी अलग हैं, जिसके लिए बर्फ accretion हुई प्रक्रिया टपकता की शुरुआत के बाद ही १८० एस । चिकनी-hydrophobic एल्यूमीनियम सतह uncoat नमूना से बेहतर परिणाम दिखाया है, लेकिन अभी भी ज्यादा एसएच सतहों (बर्फ accretion 3 घंटे के बाद) से बदतर है ।

ठंड देरी परीक्षणों के विषय में, हम इस अध्ययन में इस्तेमाल तीन एसएच सतहों के बीच उल्लेखनीय अंतर का पालन नहीं कर सका । हालांकि, हम एसएच सतहों और चिकनी (hydrophobized और uncoat) सतहों के बीच महत्वपूर्ण अंतर पाया । शुष्क शर्तों (कम आरएच) के तहत, सतह कि देरी ठंड अब चिकनी-uncoat एल्यूमीनियम की सतह (चित्रा 7a) है, जबकि आर्द्र परिस्थितियों में (उच्च आरएच), एसएच सतहों चिकनी एक (चित्रा 7b) से अधिक कुशलता से ठंड में देरी ।

बर्फ आसंजन परीक्षण के लिए परिणाम चित्रा 8में दिखाए जाते हैं । वे बताते है कि श सतहों कतरनी (चित्रा 8a) और तन्य बर्फ आसंजन (चित्रा 8b) को कम करने में असमर्थ हैं । Ce-SA कोटिंग के लिए बर्फ आसंजन स्पष्ट रूप से बाकी की तुलना में अधिक था । इन परिणामों से पता चलता है कि किसी न किसी बर्फ आसंजन को बढ़ाता है ।

Figure 1
चित्र 1. तीन पहलुओं विरोधी टुकड़े प्रदर्शन के लिए आवश्यक है । उपठंडा पानी repellency, ठंड देरी, और कम कतरनी/ कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. इस काम में पीछा प्रोटोकॉल की योजना बनाना और superhydrophobic सतहों के प्रदर्शन का विश्लेषण । सबसे पहले, सतहों तैयार कर रहे हैं । दूसरा, उनके गीला और किसी न किसी गुण का विश्लेषण कर रहे हैं, अगले स्थायित्व, और, अंत में, उनके विरोधी टुकड़े दक्षता । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. यांत्रिक स्थायित्व परीक्षण । (क) पार्श्व घर्षण परीक्षण । (ख) कण प्रभाव परीक्षण (क्षरण) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. विरोधी टुकड़े प्रदर्शन परीक्षण । (क) उपशांत पानी टपकता परीक्षण । (ख) ठंड में देरी परीक्षण. (ग) बर्फ आसंजन परीक्षण कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5. इस अध्ययन के लिए गढ़े superhydrophobic सतहों के पानी तंयता आसंजन और किसी न किसी गुण । पानी तंयता आसंजन (क) द्वारा parametrized है एक 4 µ एल पानी की बाउंस की संख्या नमूना पर जारी की बूंद और (ख) किसी न किसी आयाम रा. में त्रुटि सलाखों (a) और (b) परिवर्तनशीलता (मानक विचलन) के भीतर दिखाएँ 3 शेख़ी ड्रॉप प्रयोगों का आयोजन करने के बाद और एक ही नमूना कम से 4 एकल स्थलाकृति प्राप्त करने के बाद, क्रमशः । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6. प्रत्येक स्थायित्व परीक्षण के लिए चक्र की संख्या बनाम कोण फिसलने । (क) पार्श्व घर्षण परीक्षण । (ख) कण प्रभाव । (ग) यूवी-ओजोन । त्रुटि सलाखों के प्रत्येक नमूने पर और प्रत्येक पहनने हालत के लिए तीन फिसलने बूंदों के गतिशील अध्ययन के बाद परिवर्तनशीलता (मानक विचलन) दिखाते हैं ।

Figure 7
चित्रा 7. ठंड देरी परीक्षणों । परीक्षण एक चिकनी-hydrophobic एल्यूमीनियम सतह पर आयोजित (फ्लोरो फिल्म लेपित) और एक superhydrophobic सतह (धंसा और फ्लोरो फिल्म लेपित) पर (एक) शुष्क शर्तों (आरएच ~ 40%) और (ख) आर्द्र परिस्थितियों (आरएच ~ 95%) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8. बर्फ आसंजन पीक बल और आसंजन ताकत से quantified । (क) कतरनी-आसंजन परीक्षण. (ख) तन्यता आसंजन परीक्षण. हम इस अध्ययन के तीन superhydrophobic सतहों का अध्ययन किया और आगे एक चिकनी-hydrophobized (फ्लोरो फिल्म लेपित) एल्यूमीनियम नमूना और एक अनुपचारित एल्यूमीनियम नमूना, तुलना के लिए विश्लेषण किया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

इस पत्र में, हम एल्यूमीनियम सब्सट्रेट पर पानी से बचाने वाली क्रीम सतहों का उत्पादन करने के लिए रणनीतियों का प्रदर्शन । इसके अलावा, हम तरीकों को दिखाने के लिए उनके गीला गुण, किसी न किसी, स्थायित्व और विरोधी टुकड़े प्रदर्शन विशेषताएं ।

श सतहों तैयार करने के लिए, हम दो रणनीतियों का इस्तेमाल किया । पहली रणनीति उचित असभ्यता की डिग्री शामिल करने के लिए एसएच की आंतरिक पदानुक्रमित संरचना एसिड नक़्क़ाशी द्वारा प्राप्त करने के लिए । इस प्रक्रिया को विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जो अंय धातुओं या विभिंन संरचना के साथ एल्यूमीनियम सब्सट्रेट के लिए आगे काम की आवश्यकता हो सकती है । उचित नक़्क़ाशी शर्तों के लिए खोज एक मुद्दा हो सकता है और आम तौर पर नक़्क़ाशी समय या एसिड सांद्रता की स्कैनिंग की आवश्यकता है । एसिड नक़्क़ाशी केवल धातु सतहों कि एसिड समाधान या uncoat सतहों में घुलनशील है करने के लिए सीमित है । इस काम में, हम एचसीएल में सब्सट्रेट खोदना और बाद में यह एक फ्लोरो कोटिंग जमाव या silanization (फास-17), तदनुसार के साथ hydrophobized । दूसरी रणनीति एक सीरिया कोटिंग है कि किसी न किसी गुण शामिल किया करते थे । इस कोटिंग धंसा अल सब्सट्रेट के विसर्जन द्वारा जमा किया गया था ।

तीन कोटिंग्स की गीला प्रतिक्रिया शेख़ी ड्रॉप प्रयोगों के साथ जांच की थी । इस तकनीक superhydrophobic सतहों के गीला गुणों का विश्लेषण करने के लिए मौजूदा तकनीकों के संबंध में एक महत्वपूर्ण सुधार है । उच्च जल repellency फ्लोरो और Ce-SA के साथ लेपित सतहों के लिए प्राप्त किया गया था, जबकि सबसे कम repellency के साथ प्राप्त किया गया था फास-17 । दोनों polytetrafluoroethylene और फास-17 नमूनों की किसी न किसी डिग्री (रा ~ 4 µm) बहुत समान है, क्योंकि texturization प्रोटोकॉल एक ही था । हालांकि, हम polytetrafluoroethylene लेपित नमूना के लिए कवरेज के एक उच्च डिग्री की उंमीद है, के रूप में पिछले13अध्ययन में पुष्टि की । Ce-SA के साथ लेपित नमूना किसी न किसी तरह था, लेकिन इसके पानी repellency polytetrafluoroethylene नमूनों के बराबर था । यह एक निश्चित डिग्री या किसी न किसी के ऊपर आवश्यक लाभप्रद नहीं में है कि किसी न किसी से पता चलता है । तीन श सतहों गरीब यांत्रिक स्थायित्व दिखाया । Ce-SA नमूने आराम (चित्रा 6a) से कतरनी घर्षण के लिए एक उल्लेखनीय बेहतर प्रतिरोध दिखाया । अंयथा, सभी एसएच सतहों रेत घर्षण पहनने परीक्षण के बाद बहुत ही गिरावट का पता चला । सतह polytetrafluoroethylene के साथ लेपित यूवी ओजोन पहनने का परीक्षण बहुत कुशलता से विरोध किया । यह polytetrafluoroethylene३६के उच्च रासायनिक स्थिरता से जोड़ा जा सकता है । सभी एसएच सतहों लंबे समय तक पानी जोखिम के लिए अच्छा प्रतिरोध दिखाया । विरोधी टुकड़े प्रदर्शन के विषय में, हम निष्कर्ष निकाला है कि श सतहों एक उपशांत पानी से बचाने वाली क्रीम के रूप में बहुत कुशल हैं, के बाद से कोई बर्फ accretion लगातार पानी से टपकता है और आगे के रूप में नमी पर ठंड की परत के तहत 12 से अधिक घंटे के बाद मनाया गया था अटी (चित्रा 7b). यह अवलोकन पिछले परिणामों के साथ अच्छे समझौते में है24. हालांकि, बर्फ आसंजन परीक्षण इस परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया नियंत्रण चिकनी नमूनों की तुलना में एसएच सतहों के एक असंतोषजनक प्रदर्शन का पता चला (unsatisfactory और hydrophobized). हमारे परिणामों की पुष्टि की है कि किसी न किसी प्रकार की बर्फ आसंजन (8 चित्रा), जो पिछले टिप्पणियों के साथ अच्छे समझौते में है बढ़ाता है26। ठंडा पानी और उच्च आर्द्रता को प्रभावित पर्यावरण की स्थिति टुकड़े के लिए विशिष्ट हैं । हालांकि, अगर बर्फ सतह पर गठित inexorably है, श सतहों से बर्फ हटाने एक बहुत मुश्किल काम हो सकता है । अंय विकल्प (elastomeric कोटिंग्स या फिसलन सतहों, उदाहरण के लिए) है कि superhydrophobic सतहों विरोधी टुकड़े अनुप्रयोगों के लिए प्रस्तावित कर रहे है नहीं कर रहे हैं । इस काम में प्रस्तुत तकनीकों दोनों स्थायित्व और विरोधी टुकड़े संपत्तियों का मूल्यांकन इसी तरह विरोधी इन सतहों की क्षमता टुकड़े की तुलना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

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Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस अनुसंधान परियोजनाओं द्वारा समर्थित किया गया था: MAT2014-60615-r और MAT2017-82182-r राज्य अनुसंधान एजेंसी (SRA) और यूरोपीय क्षेत्रीय विकास कोष (ERDF) द्वारा वित्तपोषित ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hydrochloric acid, 37% SICAL, S.A. AC07411000 used for acid etching
1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltriethoxysilane, 97% Sigma-Aldrich 658758 used for silanization with FAS-17
Dupont AF1600 Dupont D10389631 used for fluropolymer deposition
FC-72 3M, Fluorinet 1100-2-93 used for fluropolymer deposition (flurocarbon solvent)
Cerium(III) chloride heptahydrate, 99.9% Sigma-Aldrich 228931 used for Ceria coating deposition
Hydrogen peroxide solution, 30% Sigma-Aldrich H1009 used for Ceria coating deposition
Stearic acid, ≥98.5% Sigma-Aldrich S4751 used for Ceria coating deposition
Ethanol SICAL, S.A. 16271 used throughout
Acetone SICAL, S.A. 1090 used throughout
Aluminum sheets 0.5mm MODULOR (Germany) 125993 substrates used throught
Micro-90 concentrated cleaning solution Sigma-Aldrich Z281506
Ultra pure Milli-Q water Millipore discontinued used throughout
Plasma Etcher/Asher/Cleaner EMITECH K1050X Aname K1500XDEV-001 used throughout
PCC software AMETEK discontinued sofware controlling the high speed camera Phantom MIRO 4
High Speed Camera Phantom Miro 4 AMETEK discontinued used for bouncing drop experiments
Open Loop PLµ 2.32 UPC-CD6 & Sensofar Tech S.L. version 2.32 Sofware controlling PLµ Confocal Imaging Profiler
Plµ-Confocal Imaging Profiler 2300 Sensofar Tech S.L. discontinued used for roughness measurements
TABER 5750 LINEAL ABRASER TABER 5750 used for lateral abrasion tests
Abbrasive sand: ASTM 20-30 SAND C778 U.S. SILICA COMPANY (USA) 1-800-635-7263 used for abrasive partcile impact tests
Ozone cleaner: PSDP-UV4T, Digital UV Ozone System Novascam discontinued UV-ozone degradation test
Peristalitic Pump GILSON 312, France GILSON (France) discontinued used for water dripping test
Nylon thread Dracon fishing line, Izorline internacional, inc. (USA) discontinued used for ice adhesion tests
Digital force gauge (ZTA-200N, ZTA Series IMADA (USA) 370199 used for ice adhesion tests
Motorized test stand I, MH2-500N-FA IMADA (USA) 366942 used for ice adhesion tests
Force Recorder Professional IMADA (USA) version 1.0.2 software provided by IMADA to register the force
HYGROCLIP XD - STANDARD PROBE Rotronic discontinued Temperature and humidity probe
HW3 Lite software Rotronic version 2.1.2 Sofware controlling the HYGROCLIP Probe

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इंजीनियरिंग अंक १३८ Superhydrophobic धातु सतहों स्थायित्व विरोधी टुकड़े एसिड नक़्क़ाशी silanization बर्फ आसंजन ठंड देरी
विरोधी टुकड़े अनुप्रयोगों के लिए Superhydrophobic धातु सतहों का निर्माण
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Montes Ruiz-Cabello, F. J., Ibañez-Ibañez, P., Paz-Gomez, G., Cabrerizo-Vilchez, M., Rodriguez-Valverde, M. A. Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications. J. Vis. Exp. (138), e57635, doi:10.3791/57635 (2018).

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