Biomimetik yaklaşımla süperhidrofobik yüzey tasarımı
Superhydrophobic surface design with biomimetic approach
Yazar: KURTULUŞ DEĞER
Danışman: PROF. DR. HÜDAYİM BAŞAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Karbon nanotüp = Carbon nanotube

Özet:
Bu tez çalışmasında özgün bir yöntemler bütünü kullanılarak süperhidrofobik bir yüzey imal edilmiştir. Bu çerçevede, biomimetik yaklaşımla pirinç bitkisi yaprağından esinlenilerek bir model tasarlanmıştır. Bu model A modeli olarak adlandırılmıştır. Ayrıca, biomimetik yaklaşımla güve göz yapısından esinlenilerek ikinci bir model tasarlanmıştır. Bu model B modeli olarak adlandırılmıştır. PolyJet üç boyutlu yazıcı ile her iki modelden dörder adet numune imal edilmiştir. %0, %5, %10, %20 (w/w) çok duvarlı karbon nanotüp/poliviniliden florür oranına sahip olan kompozit kaplama malzemeleri oluşturulmuştur. Her bir modele ait olan dört adet numunenin her birinin yüzeyi farklı oranda çok duvarlı karbon nanotüp içeren malzeme kullanılarak elektrospinning yöntemiyle kaplanmıştır. Kaplama malzemesindeki çok duvarlı karbon nanotüp oranının değişiminin, gerek yüzey pürüzlülüğü gerek hidrofobisiteyle olan ilişkileri incelenmiştir. Buna göre nanomalzeme oranındaki artış B modelinin yüzey pürüzlülüğünü artış yönünde etkilemektedir. Bununla birlikte, artış eğilimi kaplama işlemi öncesi durumda da mevcuttur. B modelinde her bir numuneye ait yüzey pürüzlülüğü değeri kaplama işlemi öncesi duruma kıyasla daha düşük olmaktadır. Elektrospinningle kaplama işlemi sonrasında tüm numunelerde temas açısı değeri artış göstermiştir. Nanomalzeme oranındaki artış, A modelinde y ekseninde hidrofobisiteyi artış yönünde etkilemiştir. A3 numunesi %10 oranında çok duvarlı karbon nanotüp malzeme içermektedir. A3 numunesinin x ekseninde 154,68° ile tüm numuneler içerisinde en yüksek temas açısı değerine sahip olduğu ve süperhidrofobik olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, a superhydrophobic surface was manufactured using an original set of methods. In this framework, a model was designed via biomimetic approach inspired from the leaf of rice plant. This model was named as model A. Besides, a second model was designed via biomimetic approach inspired from the structure of the moth eye. This model was named as model B. Four samples were manufactured from each of the two models with PolyJet three-dimensional printer. Composite coating materials, which have 0%, 5%, 10%, 20% (w/w) multiwalled carbon nanotube/polyvinylidene fluoride ratios, were created. Surfaces of the each of the four samples that belong to each of the models were coated using the materials that have different ratios of multiwalled carbon nanotubes with electrospinning method. The nexuses between the alteration of the ratio of the multiwalled carbon nanotube in the coating material and both surface roughness and hydrophobicity were examined. According to this, the increase in the ratio of the nanomaterial affects the surface roughness of the model B in the increase direction. Besides, the increasing trend also exists in the state before the coating process. In the model B, the surface roughness value of the each sample is lower compared to the previous state of the coating process. The contact angle value increased in all of the samples after the coating process with electrospinning. The increase in the ratio of the nanomaterial affected the hydrophobicity in the model A on the y-axis in the increasing direction. A3 sample includes a ratio of 10% multiwalled carbon nanotube material. The A3 sample was determined to possess the highest contact angle value on the x-axis with 154.68° among all of the samples and that it has been superhydrophobic.