Cam yüzeyler için fonksiyonel yüzey kaplama materyallerinin 
hazırlanması ve geliştirilmesi
Cam yüzeyler i̇çi̇n fonksi̇yonel yüzey kaplama materyalleri̇ni̇n 
hazirlanmasi ve geli̇şti̇ri̇lmesi̇
Yazar: BİLGEN ARIKAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yüzey özellikleri bir materyalin görüntüsünü ve kullanım alanını etkileyen önemli ölçütlerdendir. Materyallerin yüzey özelliklerinin geliştirilmesi hem görünüm hem de kullanım amaçları yönünden çeşitli avantajlar sağlayabilmektedir. Yüzeylerin ıslanabilirliğinin önemi ise yapılan çalışmalarda karşımıza çıkmaktadır. Bu durum yüzeyin hidrofobik özellik taşıyıp taşımaması ile ilişkilendirilmektedir. Hidrofobi kimya literatüründe sudan kaçış olarak tanımlanmaktadır. Bu özellik doğada da bazı bitki ve hayvanlarda görülmektedir, örnegin süperhidrofobik yaprak yüzeyi olan nilüfer çiçeği bataklıklarda yaşamasına rağmen her zaman temiz kalan bir bitkidir. Hidrofobik yüzey apolar özelliğe sahiptir. Bu nedenle yüzeye düşen su damlaları yüzey ile arasında hidrojen bağları oluşturmaz, bunun yerine su molerkülleri birbirlerine bağlanırlar. Su damlaları yüzeyden kayarken kirleri de beraberinde sürükler. Bu da yüzeye kendini temizleme özelliği özelliği sağlar. Nilüfer çiçeği bu sayede yüzeyini temiz tutarak fotosentez için gerekli olan güneş ışınlarından en üst seviyede yararlanabilmektedir. Kendini temizleme özelliği lotus etkisi olarak anılır. Nilüfer çiçeğinin bu özelliği yeni fikirlerin ortaya çıkmasına ve biyomimetik çalışmalarının başlamasına neden olmuştur. Bu çalışmada alüminyum ve cam yüzeylere sol-jel metodu ve polidimetilsiloksan (PDMS) silika metodu ile hazırlanan kaplama formulasyonları ile kaplanarak hidrofobik özellik kazandırılmıştır. 
Yüzey pürüzlülüğünü arttırmak için alüminyum ve cam yüzeylere kaplamadan önce kimyasal aşındırma uygulanmıştır. Kimyasal aşındırma asitli bir çözelti kullanılarak yapılmıştır. 
Sol-jel yöntemi ile yapılan kaplamalarda, kaplama çözeltileri floroalkilsilanlar ve alkoksisilanlar kullanılmıştır. Nilüfer çiçeğinin yüzeyi gibi dayanıklı ve pürüzlülüğü arttılırılmış yüzey morforlojisi oluşturmak amacı ile farklı alkoksisilanlar kullanılmıştır. Hazırlanan kaplama çözeltileri alüminyum ve cam yüzeylere spin ve sprey kaplama yöntemi ile kaplanmıştır. Kaplama formulasyonları değiştirilerek kaplanmış alüminyum ve cam yüzeylerin hidrofobik özelliği temas açısı ölçümleri yapılarak incelenmiştir. Bununla beraber kaplama formulasyonu ve proses parametrelerinin etkisi incelenmiştir.
Aluminyum yüzeylerin buzlanmasını engellemek için yüzeylere süperhidrofobik özellik kazandırılmıştır. Bu amaçla sonkatı floroalkilsilan ile kaplanmış PDMS-Silika nanokompozit kaplamalar oluşturulmuştur. Bu kaplamalar alüminyum yüzeylere spin ve sprey kaplama metodları ile uygulanmıştır. Kaplanan yüzeyler kürlenerek kaplamanın kalıcılığı ve tetkinliği arttırılmıştır. FAS'ın düşük yüzey enerjisi ve silika nanopartiküllerinin rastgele dağılımı sayesinde yüzeylerin hidrofobik özelliği arttırılmıştır. Silika türü, FAS türü ve kürleme şartları değiştirilerek bu parametrelerin etkisi araştırılmıştır. 
Kaplamaların kimyasal bileşimleri FTIR analizi ile yüzey morfolojileri ise SEM ve AFM kullanılarak incelenmiştir. Kaplanmış alüminyum ve cam yüzeylerin hidrofobik özelliği su temas açısı ölçülerek değerlendirilmiştir.
Aluminyum yüzeyde oluşturulan buzlanma karşıtı kaplama, kaplanmış ve kaplanmamış buzdolabı evaporatörünün gerçek çalışma koşulları oluşturularak, kontrollü ortamda test edilmiştir. Test sonuçları PDMS-Silika+FAS nanokompozit kaplama ile kaplanmış evaporatörün buzlanmasının azaldığını ve buzlanmanın geciktiğini göstermiştir.
Anahtar Kelimeler: Hidrofobik yüzey kaplamaları, süperhidrofobik yüzey, lotus etkisi, sol-jel yöntemi, nano-kompozit kaplama, polidimetilsiloksan

Abstract:
Surface properties are important benchmarks which effect appearance and end of use of a matertial. Modification of the surface properties provides advantages in terms of application and appearance. In latest researches wettability of the surfaces has found to be an important property in this subject. Wettability of the surface has been associated with the hydrophobic property of the surface. Hydrophobicity in chemistry literature means water avoidance feature. This feature is seen on the nature of some plants and animals, for example lotus flower which has superhydrophobic leaves is always clean although it is living in swamps. Hydrophobic surface is non-polar. Therefore, when water drops on a surface, water molecules do not bond to hydrogen molecules, they bond to each other. When the water drop slides from the surface it drags impurities on the surface. This provides a self-cleaning feature. Thanks to this feature Lotus flower utilizes sun rays at a maximum level for the photosynthesis by keeping its leaves clean. This situation called "Lotus Effect". Feature of lotus leaf has led to emergence of new ideas and started biomimetic studies. In this study the hydrophobic charechteristic is imparted to the Al and glass surfaces by using sol-gel and PDMS-Silica method for the preparation of the coating material. 
To enhance roughness of the surface, chemical etching method has been applied to the aluminum substrates before coating. Chemical etching has been done by an acidic solution. Coating solutions were prepared with fluoroalkylsilane and alkoksysilane based materials by using sol-gel method. To obtain a durable and roughness enhanced surface morphology like Lotus flower's surface, different alkoxysilanes are used. The coating materials which are prepared by sol-gel method are applied to Al surfaces by spin coating methods. The hydrophobic properties of the Al and glass surfaces are investigated by changing chemical composition of the coating solutions. Coated Al and glass substrates are evaluated by water contact angle measurements. Furthermore, the relationship between coating material composition and process parameters are investigated.
In order to obtain anti-icing surfaces, superhydrophobic property is imparted to aluminium surfaces. To this end fluoroalkysilane (FAS) topcoated polydimethylsiloxane (PDMS) silica nanocomposite coatings have been generated. Coatings were coated on the aluminium plates with spin and sprey coating method. Coated surfaces has been cured to enhance durability and efficiency of the coatings. The improved hydrophobicity was attributed to the combined effect of low surface energy of FAS and roughness created by the random distribution of silica nanoparticles. By changing the silica type, FAS type and curing conditions the effect of these parameters have been investigated. 
Chemical composition of the coatings were investigated by FTIR and SEM and AFM was used to define surface morphology. Hydrophobic property of coated Al and glass substrates are evaluated by water contact angle measurements.
Anti-icing property imparted to the aluminium surface was observed by icing test on a coated and uncoated refrigerator evaporator in the controlled media simulatiıng refrigerator working conditions. Test results showed that by coating the evaporator with PDMS-Silica+FAS coating the icing was decreased and delayed.
Keywords: Hydrophobic coatings, superhydrophobic surface, lotus effect, sol-gel method, nano-composite coating, polydimethylsiloxane