Organically modified silica nanostructures based functional coatings for practical applications
Organik olarak modifiye edilmiş nanoyapili malzemeden fonksiyonel yüzey elde edilmesi ve onların praktikal uygulamalı için çözümleri
- Tez No: 395483
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET BAYINDIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Son yıllarda, süperhidrofobik yüzeyler biyolojiden endüstriye kadar potansiyel geniş kullanım alanlardan dolayı çok fazla dikkat çekmektedir. Her ne kadar bu yüzeylerin tasarım ve üretiminde kayda değer gelişme kaydedilmiş olsa da, hala bu süperhidrofobik kaplamaların günlük hayatta kullanımının önünde dış basınca karşı dayanıksızlık, özelliklerini uzun süre koruyamama, yüzeyin ıslanma özelliğinin tam olarak kontrol edilememesi ve üretim yöntemlerinin pahalı olması gibi problemler vardır. Bu kapsamda, bu tez bahsedilen problemlerin çözümü için organik olarak modifiye edilmiş silika yüzeyler ile basit çözümler aramaktadır. Öncelikle, şeffaf süperhidrofobik kaplamalarda Cassie durumunun basınca dayanıklılığı, tek katmanlı mikro-gözenekli kaplamaların, çift katmanlı mikro/nano-gözenekli kaplamalar ile kıyaslanması ile incelenmiştir. Kaplamaların dayanıklılığı, damlacık-kaplama ara yüzünde binlerce Paskal basınç oluşturulan damlacık sıkıştırma ve buharlaştırma deneyleri ile incelenmiştir. Tek katmanlı mikro-gözenekli kaplamalar artan basınç ile aşama aşama Wenzel durumuna geçmiştir. Mikro/nano-gözenekli kaplamalar ise Wenzel geçişi öncesinde çok daha yüksek basınçlara dayanmıştır. Bu çift katmanlı kaplamaların basınca karşı dayanıklılığı, doğal süperhidrofobik yüzeyler için iyi bilinen örneklerden olan Lotus bitkisi yapraklarından dahi daha iyi düzeydedir. Ormosil kaplamalar aynı zamanda basit yöntemlerde çok miktarlarda üretilebilmektedir ve süperhidrofobik özelliklerini oda koşullarında aylarca koruyabilmektedir. Bir sonraki aşamada süperhidrofobik ormosil yüzeyler üzerinde hidrofilik yapılar oluşturulabilmesi için basit bir yöntem geliştirilmiştir. Süperhidrofobik yüzeylerin önceden belirlenen alanlarında Morötesi/Ozon (UV/O) uygulanarak bu alanların yüzey morfolojisinde herhangi bir değişik olmadan hidrofilik özelliğe sahip olması sağlanmıştır. Bu yüzeylerin ne kadar ıslanabilir olduğu UV/O uygulamasının süresine göre tam olarak istendiği düzeyde ayarlanabilmektedir ve su temas açıları neredeyse 0º olan ıslanabilir noktalar elde edilebilmektedir. Ayrıca bu ıslanabilir noktalar ile yüzeye seçici ve kontrollü biçimde protein ve bakterilerin bağlanabildiği gösterilmiştir ki bu süperhidrofobik yüzeylerin biyolojik uygulamaları için önem taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
In the past decades, the fabrication of superhydrophobic surfaces have received considerable attention due to the variety of potential applications ranging from biology to industry. Although significant progress has been made in their fabrication and design, there is still need to solve some problems in real-life use of these coatings, such as low stability against external pressure, lack of long term robustness, challenges in presice control over the degree of wettability and the need for facile fabrication methods. In this context, this thesis seeks simple solutions for mentioned problems based on organically modified silica superhyrophobic coatings. First, we investigate the stability of the Cassie state of wetting in transparent superhydrophobic coatings by comparing a single-layer micro-porous coating with a double-layer micro/nanoporous coating. The stability of the Cassie state in coatings were investigated with droplet compression and evaporation experiments, where external pressures as high as a few thousand Pa are generated at the interface. A droplet on a microporous coating gradually transformed to the Wenzel state with increasing pressure. The resistance of the micro/nano-porous surfaces against Wenzel transition during the experiments were higher than microporous single-layer coating and even higher than leaves of Lotus; prevalent natural superhydrophobic surface. Then, we reported a facile method for the preparation hydrophilic patterns on the superhydrophobic ormosil surfaces. On the defined areas of the superhydrophobic ormosil coatings, wetted micropatterns were produced using Ultraviolet/Ozone (UV/O) treatment which modifies the surface chemistry from hydrophobic to hydrophilic without changing the surface morphology. The degree of wettability of the patterns can be precisely controlled depending on the UV/O exposure duration and extremely wetted spots with water contact angle (WCA) of nearly 0º can be obtained. The ormosil coatings and modified surfaces preserve their wettability for months at room conditions. Furthermore, we demonstrated selective and controlled adsorption of protein and adhesion of bacteria on the superhydrophilic patterns which could be potentially used for biological applications.
Benzer Tezler
- Organically modified silica based nanomaterials for functional surfaces
Fonksiyonel yüzeyler için organik olarak modifiye edilmiş silika nanomalzemeler
HÜLYA BUDUNOĞLU
Doktora
İngilizce
2012
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BAYINDIR
- Swellable organically modified silica as a novel catalyst scaffold for catalytictreatment of water contaminated with trichloroethylene
Trikloretilen ile kirlenmiş suyun katalitik arıtımı için yeni bir katalizör destek malzemesi olarak şişebilen organik olarak modifiyeli silika
GÖKHAN ÇELİK
Doktora
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiThe Ohio State UniversityKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UMİT S. OZKAN
- Formation of pyrene excimers in mesoporous organically modified silica thin films for visual detection of nitroaromatic explosives
Nitroaromatik patlayıcıların gözle görülebilir tespiti için mezo boşluklu organik olarak modifiye edilmiş silika ince filmlerde pyren ekzimerlerinin oluşumu
PINAR BEYAZKILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BAYINDIR
- Application of ultrasound to the morphology control of crystals and deposition of nanoparticles
Sesüstü dalgalarının kristal morfolojisi kontrolüne ve nanoparçacık depozisyonuna uygulanması
RECEP KAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR BİRER
- Micro and nanotextured polymer fibers for open microfluidics
Mikro ve nanoyapılı fiber tabanlı açık mikroakışkanlar
MUHAMMAD YUNUSA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. MEHMET BAYINDIR