Визначення критичного поверхневого натягу змочування текстурованих водовідштовхувальних поверхонь

Автор(и)

  • Олексій Володимирович Миронюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна http://orcid.org/0000-0003-0499-9491

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.277936

Ключові слова:

крайовий кут змочування водою, поверхневий натяг, водовідштовхувальні покриття, супергідрофобність, алюміній, фемтосекундний лазер, силани

Анотація

Об'єктом дослідження є алюміній, текстурований фемтосекундним лазером та модифікований силанами для зниження поверхневої енергії. Наявність на поверхні особливої текстури, такої як виступи або волоски, і властива матеріалу низька поверхнева енергія дозволяють максимально збільшити водовідштовхувальні властивості. Визначення критичного поверхневого натягу змочування методом Зісмана має яскраво виражену точку переходу змочування, але точно передбачити координати цієї точки неможливо. У цій роботі метод Зісмана сприймається як інструмент порівняння ефективності модифікаторів для фемтосекундних лазерно-текстурованих поверхонь. У цій роботі шляхом лазерної абляції на поверхні алюмінію були створені періодичні структури, поверхня була модифікована для досягнення стану Кассі при змочуванні водою, методом Зісмана визначено критичний поверхневий натяг змочування. В результаті показано, що метод Зісмана у поєднанні з даними про значення крайового кута змочування водою є ефективним інструментом для характеристики якості модифікації поверхні текстурованих зразків. Показано, що для текстурованих алюмінієвих поверхонь найбільш ефективним модифікатором є силан, що підтримує змочування Кассі, зі збільшенням крайового кута з 155 до 160°. Було показано, що парафін є менш ефективним модифікатором з неявним плато змочування та переходом у діапазоні від 30 до 40 мН/м. Показано, що текстури, які набули гідрофобності в процесі мимовільної гідрофобізації, дуже нестійкі до дії рідин з пониженою полярністю, хоча мають високі значення крайового кута змочування водою. На практиці створення водовідштовхувальних покриттів на алюмінії є перспективною основою у зв’язку з їх широким використанням в авіаційній, автомобільній та енергетичній промисловості завдяки високій механічній міцності, легкості та стабільності властивостей.

Біографія автора

Олексій Володимирович Миронюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів

Посилання

  1. Si, Y., Dong, Z., Jiang, L. (2018). Bioinspired Designs of Superhydrophobic and Superhydrophilic Materials. ACS Central Science, 4 (9), 1102–1112. doi: https://doi.org/10.1021/acscentsci.8b00504
  2. Bhushan, B., Jung, Y. C. (2011). Natural and biomimetic artificial surfaces for superhydrophobicity, self-cleaning, low adhesion, and drag reduction. Progress in Materials Science, 56 (1), 1–108. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.04.003
  3. Habib, M. A., Wu, S., Fan, Q., Magu, T. O., Yao, X., Lv, J., Wang, J. (2021). Bioinspired in situ repeatable self-recovery of superhydrophobicity by self-reconstructing the hierarchical surface structure. Chemical Communications, 57 (68), 8425–8428. doi: https://doi.org/10.1039/d1cc02974f
  4. Ellinas, K., Dimitrakellis, P., Sarkiris, P., Gogolides, E. (2021). A Review of Fabrication Methods, Properties and Applications of Superhydrophobic Metals. Processes, 9 (4), 666. doi: https://doi.org/10.3390/pr9040666
  5. Darmanin, T., Guittard, F. (2015). Superhydrophobic and superoleophobic properties in nature. Materials Today, 18 (5), 273–285. doi: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2015.01.001
  6. Zisman, W. A. (1964). Relation of the Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution. Contact Angle, Wettability, and Adhesion, 1–51. doi: https://doi.org/10.1021/ba-1964-0043.ch001
  7. Janovák, L., Dernovics, Á., Mérai, L., Deák, Á., Sebők, D., Csapó, E. et al. (2018). Microstructuration of poly(3-hexylthiophene) leads to bifunctional superhydrophobic and photoreactive surfaces. Chemical Communications, 54 (6), 650–653. doi: https://doi.org/10.1039/c7cc07671a
  8. Murakami, D., Jinnai, H., Takahara, A. (2014). Wetting Transition from the Cassie–Baxter State to the Wenzel State on Textured Polymer Surfaces. Langmuir, 30 (8), 2061–2067. doi: https://doi.org/10.1021/la4049067
  9. Myronyuk, O., Baklan, D., Vasilyev, G. S., Rodin, A. M., Vanagas, E. (2022). Wetting Patterns of Liquid-Repellent Femtosecond Laser Textured Aluminum Surfaces. Coatings, 12 (12), 1852. doi: https://doi.org/10.3390/coatings12121852
  10. Salazar-Hernández, C., Salazar-Hernández, M., Mendoza-Miranda, J. M., Miranda-Avilés, R., Elorza-Rodríguez, E., Carrera-Rodríguez, R., Puy-Alquiza, M. J. (2018). Organic modified silica obtained from DBTL polycondensation catalyst for anticorrosive coating. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 87 (2), 299–309. doi: https://doi.org/10.1007/s10971-018-4732-9
  11. Zhang, B., Zeng, Y., Wang, J., Sun, Y., Zhang, J., Li, Y. (2020). Superamphiphobic aluminum alloy with low sliding angles and acid-alkali liquids repellency. Materials & Design, 188, 108479. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108479
  12. Zhang, Z., Wang, W., Korpacz, A. N., Dufour, C. R., Weiland, Z. J., Lambert, C. R., Timko, M. T. (2019). Binary Liquid Mixture Contact-Angle Measurements for Precise Estimation of Surface Free Energy. Langmuir, 35 (38), 12317–12325. doi: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b01252
  13. Myronyuk, O., Baklan, D., Novoseltsev, A. (2021). Evaluation of the surface energy of solids using two-component mixtures of test liquids. Herald of Khmelnytskyi National University, 297 (3), 81–86. doi: https://doi.org/10.31891/2307-5732-2021-297-3-81-86
  14. Yong, J., Yang, Q., Hou, X., Chen, F. (2022). Nature-Inspired Superwettability Achieved by Femtosecond Lasers. Ultrafast Science, 2022. doi: https://doi.org/10.34133/2022/9895418
  15. Liu, W., Cai, M., Luo, X., Chen, C., Pan, R., Zhang, H., Zhong, M. (2019). Wettability transition modes of aluminum surfaces with various micro/nanostructures produced by a femtosecond laser. Journal of Laser Applications, 31 (2), 022503. doi: https://doi.org/10.2351/1.5096076
  16. Samanta, A., Wang, Q., Shaw, S. K., Ding, H. (2020). Roles of chemistry modification for laser textured metal alloys to achieve extreme surface wetting behaviors. Materials & Design, 192, 108744. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108744
Determination of critical surface tension of wetting of textured water-repellent surfaces

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-04-29

Як цитувати

Миронюк, О. В. (2023). Визначення критичного поверхневого натягу змочування текстурованих водовідштовхувальних поверхонь. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(70), 10–13. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.277936

Номер

Том 2 № 1(70) (2023): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Oleksiy Myronyuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.