Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/31541Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Τσεκερίδης, Χαράλαμπος | el |
| dc.date.accessioned | 2021-12-16T10:23:39Z | - |
| dc.date.available | 2021-12-16T10:23:39Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/31541 | - |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26268/heal.uoi.11362 | - |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Υπερυγρόφοβες επιφάνειες | el |
| dc.subject | Μεταβάσεις καταστάσεων | el |
| dc.subject | Βάθος διείσδυσης | el |
| dc.subject | Superhygrophobic surfaces | en |
| dc.subject | Wetting transitions | en |
| dc.subject | Penetration depth | en |
| dc.title | Χρονική εξέλιξη μεταβάσεων μεταξύ καταστάσεων διαβροχής σε ολισθηρές υπερυγρόφοβες επιφάνειες βασισμένες σε νανοσωματίδια | el |
| dc.title | Temporal evolution of transitions between wetting states on slippery hygrophobic surfaces based on nanoparticles | en |
| heal.type | masterThesis | - |
| heal.type.en | Master thesis | en |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.classification | Επιφάνειες (Φυσική) | - |
| heal.dateAvailable | 2021-12-16T10:24:39Z | - |
| heal.language | el | - |
| heal.access | free | - |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής | el |
| heal.publicationDate | 2021 | - |
| heal.bibliographicCitation | Βιβλιογραφία | el |
| heal.abstract | Ένας κύριος στόχος στην έρευνα πάνω στις επιστρώσεις είναι ο σχεδιασμός αυτοκαθαριζόμενων επιφανειών. Πολλές επιφάνειες στη φύση είναι υπερυδρόφοβες – για παράδειγμα τα φύλλα λωτού. Η μίμηση της επιφανειακής μορφολογίας του οδήγησε στην ανάπτυξη μιας σειράς τεχνητών υπερυδρόφοβων επιφανειών (superhydrophobic surfaces), προσφέροντας πολλές εφαρμογές σε βιομηχανικές και βιολογικές διεργασίες. Η ιδιότητα αυτοκαθαρισμού προκύπτει από μικροσκοπικούς θύλακες αέρα, οι οποίοι παγιδεύονται κάτω από τις σταγόνες νερού. Από την άλλη πλευρά οι επιφάνειες με έγχυση υγρού είναι επιφανειακές επικαλύψεις που αποτελούνται από δύο συστατικά: από ένα στερεό υπόστρωμα και ένα υγρό σταθεροποιημένο πάνω και μέσα στο υπόστρωμα. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα επιφανειών με έγχυση υγρού είναι ένα πορώδες στερεό με νανοσωματίδια (διοξείδιο του πυριτίου) που έχει απορροφήσει ένα χημικά συμβατό λιπαντικό (slippery liquid infused porous surfaces). Ωστόσο τα είδη υποστρώματος δεν περιορίζονται σε επιφάνειες με άκαμπτη υφή. Οι ολισθηρές επιφάνειες διορθώνουν αρκετά από τα προβλήματα των υπερυδρόφοβων όπως η χαμηλή κρίσιμη πίεση εισόδου. Είναι υποψήφιες για υγροαπωθητικές επιφάνειες που χρησιμοποιούνται ως αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες και ως αντιπαγωτικές. Στο μεγαλύτερο μέρος της βιβλιογραφίας θεωρούνταν αυτονόητο ότι ο σχηματισμός της κατάστασης «φακίρη» Cassie-Wenzel κατά την εναπόθεση σταγόνων, όπου η σταγόνα ακουμπά μόνο το πάνω μέρος των προεξοχών του στερεού, συνεπάγεται ότι το στρώμα αέρα ή λιπαντικού είναι σταθερό με το χρόνο. Προηγούμενες μελέτες σε πορώδεις υπεραμφίφοβες επιφάνειες έδειξαν όμως ότι υπάρχει μια αργή διείσδυση των υγρών, η οποία εξαρτάται από την επιφανειακή τάση και έχει δύο δυσμένείς συνέπειες: (α) η επιφάνεια δεν μένει εντελώς καθαρή κατά την απομάκρυνση των σταγόνων, και (β) ένα μέρος του πορώδους ανόργανου δικτύου σπάει κατά τη μετακίνηση της γραμμής συνεπαφής, λόγω τριχοειδικών δυνάμεων. Το φαινόμενο είναι ανεπιθύμητο για πολλές εφαρμογές και αποδόθηκε σε έναν μηχανισμό διαδοχικών «ξεκαρφιτσωμάτων» της μικροσκοπικής γραμμής συνεπαφής που σχετίζονται με τις θερμικές διακυμάνσεις. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζουμε αν το φαινόμενο παρατηρείται και στις ολισθηρές εμποτισμένες επιφάνειες. Δείχνουμε την κατασκευή των ολισθηρών επιφανειών βασισμένων σε νανοσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου και μελετούμε το βάθος διείσδυσης διαφόρων σταγόνων χαμηλής επιφανειακής τάσης στις επιφάνειες αυτές (αλκανίων, αλκοολών και PDMS). Επίσης υπολογίζουμε την πίεση του συστήματος και την ενέργεια που απαιτείται για να ενεργοποιηθεί η μετάβαση. Για τη μελέτη των φαινομένων αλλά και για τον υπολογισμό των παραμέτρων των πειραμάτων γίνεται χρήση ενός γωνιομέτρου και ενός συνεστιακού μικροσκοπίου σάρωσης δέσμης laser (LSCM) το οποίο κατασκευάστηκε στο εργαστήριο. Παρατηρήσαμε ότι η ταχύτητα διείσδυσης μειώνεται με το χρόνο, αλλά δεν έχει τόσο έντονη εξάρτηση από την επιφανειακή τάση, όσο στις υπεραμφίφοβες επιφάνειες. Προκειμένου να εξηγήσουμε το φαινόμενο χρησιμοποιήσαμε το παλαιότερο μοντέλο διαβροχής, όπου το σύστημα αποτελείται από ενωμένες ομοιόμορφες σφαίρες που αντιστοιχούν στα νανοσωματίδια, και υπολογίζουμε το ενεργειακό φράγμα για τη μετατόπιση της μικροσκοπικής γραμμής συνεπαφής κατά μία σφαίρα. Η ενέργεια ενεργοποίησης της μετάβασης είναι μεγαλύτερη σε σχέση με τις προηγούμενες μελέτες που γίναν χωρίς το λιπαντικό. Τέλος από τις μετρήσεις τόσο της ενέργειας όσο και της πίεσης αποδείχθηκε ότι η πίεση πιθανώς παίζει ρόλο στη μείωση του ενεργειακού φράγματος, το οποίο μπορεί να πλησιάσει την τάξη μεγέθους της θερμικής ενέργειας kBT. | el |
| heal.abstract | A major goal in coating research is the design of self-cleaning surfaces. Many surfaces in nature are superhydrophobic - for example lotus leaves. Mimicking its surface morphology led to the development of a series of artificial superhydrophobic surfaces, offering many applications in industrial and biological processes. The self-cleaning property results from tiny air pockets, which are trapped under the water droplets. Liquid infused surfaces, on the other hand, are surface coatings consisting of two components: a solid substrate and a liquid stabilized on and within the substrate. A typical example of liquid infused surfaces is a porous solid with nanoparticles (silicon dioxide) that has absorbed a chemically compatible lubricant (slippery liquid infused porous surfaces). However, suitable substrate are not limited to surfaces with a rigid texture. Slippery surfaces improve many of the properties of superhydrophobic surfaces such as low critical penetration pressure. These surfaces are candidates for liquid-repellent surfaces that are used as self-cleaning and as anti-icing surfaces. For most previous works, it was taken for granted that the formation of the "fakir" Cassie-Wenzel state during droplet deposition, where the drop rests only on top of the solid protrusions, implies that the air or lubricant layer is stable over time. More detailed studies on porous superhydrophobic surfaces, however, have shown that there is a slow penetration of liquids, which depends on the surface tension and has two adverse effects: (a) the surface does not remain completely clean when droplets are removed, and (b) a part of the porous inorganic network breaks due to capillary forces as the microscopic contact line moves. The phenomenon is undesirable for many applications and has been attributed to a mechanism of successive "depinning" events of the microscopic contact line associated with thermal fluctuations. In the present dissertation we examine whether the phenomenon is present in slippery impregnated surfaces. We show the construction of slippery surfaces based on silicon dioxide nanoparticles and study the penetration depth of various drops of low surface tension on these surfaces (alkanes, alcohols and PDMS). We also calculate the pressure in the drop and the lubricant and the energy required to activate the transition. For the study of the phenomena but also for the calculation of the parameters of the experiments, an optical tensiometer and a custom-made laser scanning confocal microscope (LSCM) was used. We observed that the penetration rate decreases with time but is not as strongly dependent on the surface tension as on the superamphiphobic surfaces. In order to explain the results, we used the previous wetting model, where the system consists of sintered uniform spheres corresponding to the nanoparticles, and we calculated the energy barrier to shift the microscopic contact line by one sphere. The transition activation energy is higher than in previous systems without lubricant. Finally, both energy and pressure measurements showed that pressure possibly plays an important role in reducing the energy barrier, which can be close to the order of thermal energy kBT. | en |
| heal.advisorName | Παπαδόπουλος, Περικλής | el |
| heal.committeeMemberName | Παπαδόπουλος, Περικλής | el |
| heal.committeeMemberName | Φλούδας, Γεώργιος | el |
| heal.committeeMemberName | Παπαγεωργίου, Γεώργιος | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | - |
| heal.numberOfPages | 89 σ. | - |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters) - ΦΥΣ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Μ.Ε. ΤΣΕΚΕΡΙΔΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ 2021.pdf | 3.75 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
