Встановлення стійкості водовідштовхувальних властивостей до дії ультрафіолету на самогідрофобізованих поверхневих текстурах сталі AISI 304

Автор(и)

  • Денис Віталійович Баклан Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-6608-0117

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.277986

Ключові слова:

кут змочування води, поверхневий натяг, водовідштовхувальні покриття, супергідрофобність, фемтосекундний лазер, сталь AISI 304

Анотація

У даній роботі об'єктом дослідження були сталеві зразки, які були текстуровані фемтосекундним лазером. З використанням фемтосекундного лазера було виконано текстурування поверхні як в режимі прямого променя, що забезпечує мікротекстури, так і в режимі відбиття, що призводить до формування на поверхні наноструктур типу LIPSS. Такі гібридні комплекси є оптимальними з точки зору водовідштовхувальних властивостей, оскільки втілюють принцип ієрархічних текстур. Такий підхід є одним з перспективних шляхів вирішення проблеми масштабування процесу отримання супергідрофобних металевих поверхонь. Робота була направлена на встановлення стабільності водовідштовхувальних властивостей мікро- нанотекстур, отриманих на поверхні сталі AISI 304 після спонтанної гідрофобізації під дією УФ-випромінювання. У роботі проведено дослідження отриманої текстурованої поверхні методами растрової електронної мікроскопії для підтвердження наявності нанотекстури та енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії для встановлення елементного складу отриманої мікротекстури. Показано, що водовідштовхувальна здатність поверхонь зі сталі AISI 304, текстурованих на мікро- та нанорівнях фемтосекундним лазером, після тривалої експозиції в атмосфері зростає до супергідрофобного стану зі значенням кутів змочування до 155°. Показано, що такі поверхні є чутливими до УФ-випромінювання. Залежно від типу структури втрата гідрофобності в експериментальних умовах відбувається через 15–45 хвилин експозиції, а повна гідрофілізація поверхні настає через 100 хвилин опромінення. В результаті отримані самогідрофобні поверхні, не придатні для експлуатації під впливом сонячного світла. Однак ультрафіолетове випромінювання можна використовувати для попереднього очищення таких поверхонь від адсорбованих органічних забруднень.

Біографія автора

Денис Віталійович Баклан, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів

Посилання

  1. Webb, H. K., Crawford, R. J., Ivanova, E. P. (2014). Wettability of natural superhydrophobic surfaces. Advances in Colloid and Interface Science, 210, 58–64. doi: https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.01.020
  2. Choi, W., Tuteja, A., Mabry, J. M., Cohen, R. E., McKinley, G. H. (2009). A modified Cassie–Baxter relationship to explain contact angle hysteresis and anisotropy on non-wetting textured surfaces. Journal of Colloid and Interface Science, 339 (1), 208–216. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.07.027
  3. Cheng, B. K., Naccarato, B., Kim, K. J., Kumar, A. (2016). Theoretical consideration of contact angle hysteresis using surface-energy-minimization methods. International Journal of Heat and Mass Transfer, 102, 154–161. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.06.014
  4. Zhuang, Y. X., Hansen, O. (2009). Correlation of Effective Dispersive and Polar Surface Energies in Heterogeneous Self-Assembled Monolayer Coatings. Langmuir, 25 (10), 5437–5441. doi: https://doi.org/10.1021/la804318p
  5. Gomes, D. J. C., de Souza, N. C., Silva, J. R. (2013). Using a monocular optical microscope to assemble a wetting contact angle analyser. Measurement, 46 (9), 3623–3627. doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.07.010
  6. Ruben, B., Elisa, M., Leandro, L., Victor, M., Gloria, G., Marina, S. et al. (2017). Oxygen plasma treatments of polydimethylsiloxane surfaces: effect of the atomic oxygen on capillary flow in the microchannels. Micro & Nano Letters, 12 (10), 754–757. doi: https://doi.org/10.1049/mnl.2017.0230
  7. Fan, H., Su, Y., Song, J., Wan, H., Hu, L., Zhang, Y. (2019). Design of «double layer» texture to obtain superhydrophobic and high wear-resistant PTFE coatings on the surface of Al2O3/Ni layered ceramics. Tribology International, 136, 455–461. doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.04.004
  8. Kietzig, A.-M., Hatzikiriakos, S. G., Englezos, P. (2009). Patterned Superhydrophobic Metallic Surfaces. Langmuir, 25 (8), 4821–4827. doi: https://doi.org/10.1021/la8037582
  9. Yuan, G., Liu, Y., Ngo, C.-V., Guo, C. (2020). Rapid fabrication of anti-corrosion and self-healing superhydrophobic aluminum surfaces through environmentally friendly femtosecond laser processing. Optics Express, 28 (24), 35636. doi: https://doi.org/10.1364/oe.400804
  10. Fürbacher, R., Liedl, G., Otto, A. (2022). Fast transition from hydrophilic to superhydrophobic, icephobic properties of stainless steel samples after femtosecond laser processing and exposure to hydrocarbons. Procedia CIRP, 111, 643–647. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.016
  11. San-Blas, A., Martinez-Calderon, M., Buencuerpo, J., Sanchez-Brea, L. M., del Hoyo, J., Gómez-Aranzadi, M. et al. (2020). Femtosecond laser fabrication of LIPSS-based waveplates on metallic surfaces. Applied Surface Science, 520, 146328. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146328
  12. Zhang, L., Lin, N., Zou, J., Lin, X., Liu, Z., Yuan, S. et al. (2020). Super-hydrophobicity and corrosion resistance of laser surface textured AISI 304 stainless steel decorated with Hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS). Optics & Laser Technology, 127, 106146. doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106146
  13. Wang, N., Xiong, D., Deng, Y., Shi, Y., Wang, K. (2015). Mechanically Robust Superhydrophobic Steel Surface with Anti-Icing, UV-Durability, and Corrosion Resistance Properties. ACS Applied Materials & Interfaces, 7 (11), 6260–6272. doi: https://doi.org/10.1021/acsami.5b00558
  14. 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
  15. Estrada-Martínez, J., Reyes-Gasga, J., García-García, R., Vargas-Becerril, N., Zapata-Torres, M. G., Gallardo-Rivas, N. V. et al. (2017). Wettability modification of the AISI 304 and 316 stainless steel and glass surfaces by titanium oxide and titanium nitride coating. Surface and Coatings Technology, 330, 61–70. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.09.059
Determination of the resistance of water-repellent properties to ultraviolet radiation on self-hydrophobized surface textures of AISI 304 steel

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-04-29

Як цитувати

Баклан, Д. В. (2023). Встановлення стійкості водовідштовхувальних властивостей до дії ультрафіолету на самогідрофобізованих поверхневих текстурах сталі AISI 304. Technology Audit and Production Reserves, 2(3(70), 6–9. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.277986

Номер

Том 2 № 3(70) (2023): Хімічна інженерія

Розділ

Хіміко-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Denys Baklan

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.