Nano partikül yüzey kaplama
Nanoparticle surface coating
Yazar: BANU İNAM BAĞÇECİ
Danışman: PROF. DR. AHMET BİÇER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Katı yüzeylerin ıslanma davranışı malzeme bilimi ve temel araştırmalar için oldukça önemli bir konudur. Pek çok potansiyel uygulama alanına sahip olmasından dolayı, son yıllarda bu konu üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır.Katı yüzeylerin ıslanabilirliği temas açısı (TA) ile tanımlanır. Eğer yüzeyin su ile yaptığı temas açısı 90°'den büyük 150°'den küçükse yüzey hidrofobiktir. Temas açısı değeri 150° ile 180° arasında olan yüzeyler ise süperhidrofobik olarak adlandırılır. Süperhidrofobik yüzeylerin elde edilebilmesi için hem yüzey pürüzlülüğünün artması hem de yüzey enerjisinin azaltılması gerekir. Pürüzlülük olmadan elde edilebilecek en yüksek temas açısı değeri genellikle 120°'nin üzerine çıkmamaktadır. Bu nedenle süperhidrofobik özellik için yüksek pürüzlülüğe ihtiyaç vardır. Yüksek yüzey pürüzlülüğünün elde edilmesi nano boyutlu parçacıklar ile sağlanır.Yapılan çalışmada, hidrofilik özellikteki nano boyutlu silisyum dioksit (SiO2) ve polistiren (PS) kullanılarak nanokompozit yüzeyler hazırlandı. Süperhidrofobik özellikli yüzeylerin hazırlanmasında sıklıkla kullanılan polistireni çözmek için; tetrahidrofuran (THF) ve N,N dimetilformamit (DMF) kullanıldı. Cam ve bakır yüzeyler üzerine hazırlanan kaplamalarda pürüzlülüğün yüzeylerin ıslanma davranışı üzerindeki etkisinin incelenmesi amacıyla değişen kütlesel oranlarda silisyum dioksit kullanıldı. Ayrıca farklı kurutma sıcaklıklarının kaplamalar üzerindeki etkisi incelendi.Hazırlanan yüzeylerin mikroyapısının incelenmesi amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanıldı. Temas açısı ölçümleri ise DSA100 temas açısı ölçüm cihazı kullanılarak gerçekleştirildi. Cam üzerine hazırlanan yüzeylerin kimyasal bileşimi X-ışını fotoelektron spektroskopu (XPS) ile incelendi.Gerçekleştirilen çalışma sonucunda çözücü olarak THF ve kaplama alt yüzeyi olarak camın kullanıldığı durumda süperhidrofobik özellikli yüzey elde edilmiştir. Ölçülen en yüksek temas açısı değeri (153,6°), 0,2g SiO2 içeren kaplamalarda 140 °C kurutma sıcaklığında sağlanmıştır. Bakır yüzeyler için elde edilen en yüksek temas açısı 141,0°'dır. Çözücü olarak DMF'nin kullanıldığı cam üzerine hazırlanan kaplamalarda ise en yüksek temas açısı değeri 137,9° olarak ölçülmüştür.

Abstract:
The wettability of solid surfaces is an important topic in material science and fundamental research. Because of their numerous potential applications, intensive researches have been done in recent years.Wetting of solid surfaces is characterized by the contact angle (CA). If the value of the water contact angle is greater than 90° and smaller than 150°, the surface is hydrophobic. Surfaces with the water contact angle between 150° and 180° are called superhydrophobic. For the preparation of superhydrophobic surfaces, should have both increasing surface roughness and decreasing surface energy. Generally, without roughness the maximum contact angle can not be increased more than 120°. Thus, for superhydrophobicity a great surface roughness is required. The high surface roughness achieved by nano-sized particles.In this study, nanocomposite surface was prepared by using nano-sized silisium dioxide (SiO2) and polystyrene (PS). For dissolving PS, which has been widely used preparing superhydrophobic surface, tetrahydrofuran (THF) and N,N dimethylformamide (DMF) were used. For investigating the effect of roughness on the wettability of surfaces, various mass percentage of SiO2 was used in coating which was prepared on glass and cupper surfaces. In addition, effects of various drying temperature on coatings were investigated.Scanning electron microscope (SEM) was used for investigating microstructure of the prepared surface. The contact angle was measured with DSA100 contact-angle meter. Chemical composition of surface, which was prepared on glass, was investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).At the end of the study, the case, using THF as a solvent and glass as a coating substrate, superhydrophobic surface was obtained. The highest contact angle (153.6°) was measured for coating which involves 0.2g SiO2 at 140 °C drying temperature. The highest contact angle for cupper surface was found 141.0°. And the highest contact angle for glass surface which was prepared DMF as a solvent is 137.9°.