Χαρακτηρισμός Βιομιμητικών Επιφανειών με Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων
Creators: name: Νούση, Μαρίνα Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2025
Subjects: Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων (AFM)
Βιομιμητικές Επιφάνειες
Δισδιάστατος Μετασχηματισμός Fourier
Atomic Force Microscopy (AFM)
Biomimetic Surfaces
Two Dimensional Fast Fourier Transform (2D-FFT)

description: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής αποτελεί αρχικά η μελέτη με μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (Atomic Force Microscopy AFM) της επιφάνειας υδρόφοβων μετάλλων και η ανάλυση των εικόνων AFM με τη βοήθεια του δισδιάστατου μετασχηματισμού Fourier (2D-FFT).Αρχικά γίνεται μία αναφορά κάποιων σημαντικών ορών, όπως είναι η βιομιμητική και η βιομίμηση · η διαφορά που φέρουν αυτοί οι δύο όροι, κάποια χαρακτηριστικά παραδείγματα βιομιμητικής, η έννοια της διαβροχής καθώς και ένα συγκεκριμένο είδος παραγόμενων δομών , οι hierarchical δομές. Στη συνέχεια, αναφέρονται οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν, η μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (AFM) η αρχή λειτουργίας της, οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης που αναπτύσσονται κατά την σάρωση μιας επιφάνειας με το μικροσκόπιο ατομικών δυνάμεων αλλά και το διάγραμμα και οι τρόποι λειτουργίας αυτού, καθώς και η τεχνική που συμβάλλει στη μέτρηση της γωνίας επαφής αλλά και ο μετασχηματισμός Fourier ο οποίος θεωρείται περισσότερο μαθηματικό μοντέλο παρά πειραματική τεχνική. Έπειτα εισάγονται, βασικές έννοιες όπως ο νόμος του Young, o συντελεστής S, τα μοντέλα ( Wenzel, Cassie-Baxter, μεικτή κατάσταση) τα οποία συμβάλλουν στην μέτρηση της γωνίας επαφής αν μια επιφάνεια φέρει τραχύτητα. Ακόμη γίνεται αναφορά στον χαρακτηρισμό μιας επιφάνειας βάσει την μέτρηση της γωνίας επαφής (υπερυδρόφιλη, υδρόφιλη, υδρόφοβη, υπερυδρόφοβη) και σε μερικές μεθόδους κατασκευής. Τα πειραματικά αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής, περιλαμβάνουν τις βιομιμητικές επιφάνειές ανοξείδωτου χάλυβα καθώς και ανοξείδωτες επιφάνειες νιτριδίου του τιτανίου. Γίνεται μία αναφορά στην διαδικασία της αποδόμησης με picosecond laser (picosecond laser ablation) μέσω της οποίας παρήχθησαν τα δείγματα και στη συνέχεια παρατίθενται τα αποτελέσματα για τις βιομιμητικές επιφάνειες ανοξείδωτου χάλυβα, τα οποία σχετίζονται με την ανάλυσή με AFM ,με τον μετασχηματισμό Fourier και με την μέτρηση της γωνίας. Ακολουθούν, τα αποτελέσματα που αφορούν τις βιομιμητικές επιφάνειες νιτριδίου του τιτανίου. Στην αρχή μελετάται ένα λεπτό υμένιο νιτριδίου του τιτανίου με τα αποτελέσματα να συμπεριλαμβάνουν πληροφορίες σχετικά με την επιφάνεια του δείγματος και την συμπεριφορά τους ως προς την διαβροχή. Έπειτα γίνει ανάλυση της τοπογραφίας μιας επιφάνειας που φέρει νανοσωματίδια νιτριδίου του πυριτίου. Τέλος αναφέρονται τα αποτελέσματα της διπλωματικής και κάποιες ιδέες για μελλοντική εργασία.
description: The purpose of this thesis is initially to study the surface of hydrophobic metals using Atomic Force Microscopy (AFM) and to analyze the AFM images with the help of the two-dimensional Fourier Transform (2D-FFT). First, some important terms are introduced, such as biomimetics and biomimicry; the distinction between these two terms, some characteristic examples of biomimetics, the concept of wettability, and a specific type of generated structures, hierarchical structures. Subsequently, the techniques used are discussed, including Atomic Force Microscopy (AFM), its operating principles, the interaction forces that develop during surface scanning with AFM, its diagram, and operating modes. Additionally, the technique that assists in measuring the contact angle is described, along with the Fourier Transform, which is considered more of a mathematical model than an experimental technique.Basic concepts are then introduced, such as Young's law, the S parameter, and models (Wenzel, Cassie-Baxter, mixed state) that contribute to the measurement of the contact angle if a surface has roughness. There is also a reference to surface characterization based on contact angle measurement (superhydrophilic, hydrophilic, hydrophobic, superhydrophobic) and some fabrication methods. The experimental results of this thesis include biomimetic surfaces of stainless steel and titanium nitride-coated surfaces.The process of picosecond laser ablation, through which the samples were produced, is discussed. The results for biomimetic stainless steel surfaces are then presented, focusing on their AFM analysis, Fourier Transform analysis, and contact angle measurement. Following this, the results for biomimetic titanium nitride surfaces are examined. Initially, a thin titanium nitride film is studied, with results including information about the surface of the sample and its wettability behavior. Subsequently, an analysis of the topography of a surface with silicon nitride nanoparticles is conducted. Finally, the thesis concludes with a presentation of the results and some ideas for future work.