Silika nanopartikül esaslı süperhidrofobik ve transparan kompozit filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterisation of superhydrophobic and transparent composite films based on silica nanoparticles
Yazar: SAHRA DANDIL
Danışman: PROF. DR. AHMET BİÇER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: İnce filmler = Thin films

Özet:
Bir yüzeyin ıslanma durumu temas açısı (TA) ile tanımlanır. Temas açısı değeri 90º'den büyük olan yüzey hidrofobik ve 150º'den büyük olan ise süperhidrofobik olarak değerlendirilir. Süperhidrofobik yüzeyler son yıllarda oldukça ilgi çekmektedir.

Bu çalışmada, cam yüzeyler üzerinde transparan ve süperhidrofobik ince filmler hazırlandı. Yüzeylerin su iticiliği ve optik geçirgenliği üzerine farklı çözeltilerin etkisi incelendi. Ayrıca farklı silika nanopartikül konsantrasyonlarının ve boyutlarının etkisi üzerine de çalışmalar yapıldı.

Yüzeylerin temas açıları damla şekli analiz sistemi 100 (DSA100) temas açısı ölçüm cihazı kullanılarak ölçüldü. Hazırlanan yüzeylerin mikro yapısını incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanıldı. Yüzeylerin kimyasal kompozisyonu elektron dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ile analiz edildi. Cam üzerine hazırlanan yüzeylerin pürüzlülüğü atomik güç mikroskobu (AFM) kullanılarak incelendi. Yüzeylerin optik transparanlığı Ultraviyole-görünür bölge spektroskopisi (UV-vis) ile ölçüldü.
Yüzey üzerinde nanopartiküllerin ve bunların kümelerinin birikimi süperhidrofobiklik için önemli olan yüksek pürüzlülüğü sağlamaktadır. Cam yüzeylerin transparanlık özelliği nanopartikül konsantrasyonu ile ters orantılı olarak değişmektedir. Hazırlanan yüzeylerin temas açısı ölçümleri 150º'nin üzerinde elde edilmiştir. Ayrıca, ince filmler için en yüksek transparanlık %94 olarak bulunmuştur. Trimetoksihekzadesilsilan (THS)-SiO2 filmlerin maksimum temas açıları polidimetilsiloksan (PDMS)-SiO2 filmlerin temas açılarından daha büyüktür.

Abstract:
Wetting state of a surface is characterized by the contact angle (CA). A surface with water contact angle greater than 90º is usually referred to as hydrophobic, and one with water CA higher than 150º is qualified as superhydrophobic. The superhydrophobic surfaces have drawn lot of interest in recent years.

In this study, transparent and superhydrophobic thin films are prepared on glass surfaces. Water repellent and optical transmittance of the surfaces were investigated for different solutions. Moreover, influence of the concentrations and sizes of silica nanoparticles were studied.

Contact angle on the surface was measured by using with Drop Shape Analysis System 100 (DSA100) contact angle meter. Scanning electron microscope (SEM) was used for investigating microstructure of the prepared surface. Chemical composition of surface was analyzed with Electron dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Roughness of surfaces, which was prepared on glass, was investigated using Atomic force microscopy (AFM). Optical transparency of surfaces was measured with Ultraviole-visible spectroscopy (UV-vis).

The deposition of nanoparticles and their clusters onto the substrates provide high roughness, which is essential for superhydrophobic properties. The transparent property of glass slides changes reversely with concentration of nanoparticles. Contact angle measurements of the prepared surfaces were obtained above 150º. In addition, the highest transparency for thin film was found 94%. The maximum contact angles of THS-SiO2 films is higher than that of PDMS-SiO2 films.