Kayganlaştıcı sıvı emdirilmiş, gözenekli kaygan yüzeyler (Slips) üzerinde damla buharlaşmasının incelenmesi
Investigation of evaporation of sessile droplets on slippery lubricant-infused porous surfaces (Slips)
Yazar: RANA ÜÇÜNCÜOĞLU
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
"Kayganlaştırıcı sıvı emdirilmiş, gözenekli kaygan yüzeyler" (slippery lubricant-infused porous surface = SLIPS) ilk kez Aizenberg grubu tarafından 2011'de Harvard Üniversitesinde geliştirilmiştir. SLIPS'lerin sahip oldukları ıslatmama (nonwetting) performansları ile geleneksel süperhidrofob yüzeylere iyi birer alternatif oluşturacakları düşünülmektedir. SLIPS'lerdeki katı alt tabaka, eğer uygun bir mikro/nano dokuya sahipse o zaman, fazla uçucu olmayan ve suyla karışmayan kaydırıcı sıvıları uzun süre üzerinde tutabilir. Bir su damlası SLIPS'e yerleştirildiğinde verdiği düşük temas açısı karmaşası (CAH), düşük kayma açısı, anti-buzlanma ve antikirlenme, dış basınca dayanıklılık gibi özellikler SLIPS yüzeyleri birçok uygulama açısından ümit verici kılmaktadır. Yüzey topografisinin SLIPS ve üzerindeki su damlası buharlaşması özelliklerine etkisinin incelendiği bu tez çalışmasında, farklı mikron boyutta ve farklı desen geometrisine sahip silikon plakalar (Si-wafer) alt tabaka olarak kullanılmıştır. Kaydırıcı sıvı emdirilmeden önce, bu desenli plakaların yüzeyleri DMDCS (dimetildiklorosilan) ile hidrofobize edilmiştir. Ardından farklı kinematik viskoziteye sahip kaydırıcı silikon yağları kullanılarak (20 cst. ve 350 cst.) SLIPS'ler elde edilmiştir. SLIPS yüzeyler üzerine konulan bir su damlasının buharlaşması, bağıl nemi %54±1 ve ortam sıcaklığı 25±1 oC'de sabit tutulan kapalı bir hücre içinde takip edilmiştir. Yapılan denemeler sonucunda, SLIPS yüzeylerde altta yatan katı desen geometrisinin, ıslatma eteğinin yüksekliğini etkilediği ve kullanılan silikon plakaların rw(geo), LF ve s/d oranı gibi parametreleri arttıkça etek yüksekliğinin azaldığı görülmüştür. Emdirme işlemi için kullanılan silikon yağı miktarı ve viskozitesi arttıkça etek yüksekliğinin arttığı belirlenmiştir. Etek yüksekliğinin ise, damla buharlaşmasına doğrudan etkisi olduğu ve etek yüksekliğindeki artışın, damla buharlaşması için gerekli olan alanı kısıtlayarak, damla buharlaşmasına negatif etkisi olduğu görülmüştür.

Abstract:
Slippery lubricant-infused porous surfaces (SLIPS) were synthesized by Aizenberg group at Harvard University for the first time in 2011. SLIP surfaces are suggested to be good alternatives to traditional superhydrophobic surfaces with their special non-wetting performance. The underlying solid substrate of SLIPS can hold non-volatile and water immiscible liquid lubricants for a long time if it has a suitable micro/nano design. The properties like low contact angle hysteresis (CAH), low sliding angle, anti-icing, anti-fouling, and high resistance to external pressure have made SLIPS to be promising for many applications. There are many methods in literature on the synthesis of SLIPS. Silicone oil was the most used lubricant and water was the most used test liquid in these studies. It was proposed that drop evaporation was affected by the surface topography of SLIPS in some studies. In order to investigate the effect of the surface topograpghy, silicone wafer surfaces having different pattern size and different pattern geometry were used as substrate in this thesis study. These patterned Si-wafers were coated with DMDCS (dimethyldichlorosilane) to ensure surface hydrophobization before lubricant infusion. Then SLIPS were formed by using two silicone oils having different kinematic viscosities (20 cst. and 350 cst.). The evaporation of sessile water droplets on these SLIPS were monitored in a closed cell having a constant relative of humidity 54±1 % and temperature at 25±1 oC. As a result of the experiments, it was seen that surface design of underlying substrate of SLIPS affect the ridge height of water droplets. Ridge heights were decreased with the increase in rw(geo), LF and s/d parameters. It was determined that ridge heights were increased with the increase in silicone oil viscosity and also the amount of silicon oil. It was found that the magnitude of the ridge heights had a negative effect on the drop evaporation rate due to the constriction of the available droplet surface.