DEVELOPMENT OF TRANSPARENT SUPERHYDROPHOBIC AND SELF-CLEANING SURFACES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) 201405520-MS_Thesis.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

خصائص ترطيب السطوح تتأثر على حد سواء بنسيج وطاقة الأسطح للمواد الركيزة. الأسطح التي تتكون من نسيج هرمي مغطى بمادة طاقتها السطحية منخفضة تظهر نفورًا غير عاديًا للمياه ، مما يطلق عليها الأسطح النافرة للمياة. قطرات الماء على هذه الأسطح تتدحرج عند ميلان السطح بزوايا صغيرة، وتلتقط وتحمل بعيدًا الجزيئات الصغيرة على طول مسارها، مما يؤدي إلى حدوث تأثير التنظيف الذاتي. أجتذبت هذه الأسطح اهتمامًا كبيرًا في السنوات الأخيرة بسبب تطبيقاتها التكنولوجية الواسعة والتي تتراوح من التنظيف الذاتي للنوافذ والمنسوجات والدهانات إلى أسطح منخفضة طاقة السحب لغرض تحوّلات الطاقة. يتم في هذه الرسالة طرح عملية نسخ الأسطح النافرة للمياه بواسطة ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان (PDMS) باعتبارها وسيلة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج أسطح نافرة للمياة وشفافة بصريًا. استخدمت رقائق الألومينا محفورة بالليزر ورقائق السيليكون المحفورة بتقنية الليثيوجرافك كقوالب لإجراء دراسات إنتاج النسخ. الأسطح الناتجة من استخدام رقائق الالومينا المحفورة بالليزر أبدت زوايا ملامسة للماء صغيرة (أقل من 150 درجة) نظرًا لعدم وجود هياكل نانوية طولية. لذلك، تم إضافة جزيئات السيليكا النانوية المطورة لأسطح ال(PDMS) لجعلها أسطح نافرة للمياه (زاوية ملامسة الماء ≤ 150 درجة). بالجهة المقابلة، أبدت الأسطح الناتجة من استخدام رقائق السيليكون المحفورة تفوق أعلى من ناحية خصائص الأسطح النافرة للمياه والنفاذية البصرية. وهناك نهج سطحي وتجريبي لتقديم أسطح الزجاج التقليدية النافرة للمياه وذلك من خلال الطلاء بجزيئات السيليكا النانوية. تم تطوير جزيئات السيليكا النانوية ووضعت على قطع الزجاج التجريبية. وبذلك، أبدت الأسطح زوايا ملامسة للماء تتعدى ال 170 درجة ومعدل نفاذية بصرية بمقدار 67.22 %. طوّرت النفاذية البصرية لهذه الأسطح عن طريق طلائها بغمسها في محلول خاص لإستخراج طبقات رقيقة من جزيئات السيليكا النانوية تعبئة هذه الأسطح بالزيت هو مفهوم جديد نسبيًا يستخدم لإضافة بعض الخصائص المفيدة لللأسطح النافرة للمياه. وقد سلط الضوء في هذه الرسالة على المعيار الذي يحكم تشكيل طبقة مستقرة من زيت التشحيم على الأسطح وتم إعداد الأسطح المعبئة بالزيت وفقًا لمعيار إستقرار طبقة الزيت. وفي الجزء الأخير من الرسالة، تم توصيف خصائص جزيئات غبار جمعت من منطقة الظهران باستخدام تقنيات تحليل متقدمة

English Abstract

Wetting characteristics of surfaces are influenced by both, the surface texture and the surface energy of substrate materials. Surfaces consisting of a hierarchal texture covered with a low surface energy material show unusual water repellency and are termed as superhydrophobic surfaces. A water droplet on such surface rolls off at small inclination angles, and picks and carries away small particles along its path, thereby, giving rise to the self-cleaning effect. These surfaces have attracted considerable attention in recent years due to their vast technological applications ranging from self-cleaning windows, textiles, and paints to low drag surfaces for energy conversion. Replication of textured surfaces by PDMS (Polydimethylsiloxane) is introduced as a fast and cost effective way of making optically transparent superhydrophobic surfaces. Laser textured alumina tiles and photo lithographically etched silicon wafers are used as templates for replication studies. Surfaces obtained by replicating laser textured alumina tiles exhibit smaller water contact angles (less than 150°) due to the absence of nano-sized whisker like structures. Functionalized silica nanoparticles are, therefore, introduced at the replicated PDMS surfaces to make them superhydrophobic (water contact angle ≥150°). Surfaces obtained by replicating etched silicon wafers, on the other hand, are superior in terms of superhydrophobic characteristics and optical transmittance. A facile approach to render conventional glass surfaces superhydrophobic is through silica nanoparticle coating. Functionalized silica nanoparticles are synthesized and deposited onto the glass workpieces. The surfaces, thus obtained, give water contact angles exceeding 170° with an average optical transmittance of 67.22%. Improvement in optical transmittance is brought about by using the process of convective assembly to get a thin layer of silica nanoparticles at the glass surface. Impregnating the texture of a superhydrophobic surface by some lubricant oil is a relatively new concept that is used to impart some beneficial properties to superhydrophobic surfaces. The criterion governing the formation of a stable lubricant oil film on a textured surface is highlighted and oil impregnated surfaces are prepared in accordance with the oil film stability criterion. The last part of the thesis focuses on the characterization of dust particles, collected from Dhahran area, via using advanced analysis techniques.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research > Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Yilbas, Bekir Sami
Committee Members:	Khaled, Mazen Mohamad and Dheir, Numan Abu
Depositing User:	MUHAMMAD YOUSAF (g201405520)
Date Deposited:	06 Mar 2017 10:16
Last Modified:	30 Dec 2020 13:37
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140285