Oil droplet manipulation on superomniphobic textured surfaces
Dokulu yüksek oranda yağ ve su sevmez yüzeylerde yağ damlacıklarının kontrollü hareket ettirilmesi
- Tez No: 641153
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. EMİNE YEGAN ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- 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: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Mikroakışkan sistemler çoğu zaman kapalı kanallardan oluşmaktadır ve akış bu kanallarda şırınga ya da basınçlı pompa yardımı ile kontrol edilmektedir. Kanallar içerisinde olan akış damlacık halinde de olabilir. Fakat bu sistemlerde, her bir damlacığa ayrı ayrı müdahele etmek mümkün değildir. Kanal temelli yöntemlere alternatif olarak, damlacıklar yüzey üzerinde enerji gradyanı oluşturularak hareket ettirilebilirler. Bu sistemlerle damlacıklar ayrı ayrı idare edilebildiklerinden ve numuneler küçük paketler halinde taşındıklarından daha kontrollü işlemler gerçekleştirilebilmektedir. Örneğin numunelerin konsantrasyonları ve hacimleri daha hassas bir şekilde ayarlanabilmektedir. Bu sistemler özellikle biyolojik analiz ve kimyasal sentez için kullanışlıdır. Bu zamana kadar, su damlacığının yüzey enerji gradyanı kullanılarak hareket ettirilmesi literatürde gösterilmiştir. Diğer bir yandan, yağ damlacıklarının yüzey üzerinde kontrollü olarak taşınması, yağ bazlı solüsyonların düşük yüzey geriliminden dolayı hala başarılamayan zorlu bir iş olarak kalmıştır. Ayrıca, literatürde yağ damlacıklarının taşınması ile ilgili yer alan birçok çalışma sulu ortamda gerçekleştirilmiştir; fakat bu metot potansiyel kullanım alanlarını kısıtlayıcıdır. Bu çalışmada mikrolitre ölçekli yağ damlacıklarının yüksek oranda yağ ve su sevmez (süperomnifobik) dokulu yüzeylerden yararlanılarak taşınması başarmayı amaçlamaktadır. Yüzeye dikey olarak titreşim uygulanarak, yağ damlacıklarının histerezisin üstesinden gelmesi ve dokulu yolu takip ederek yüzey üzerinde ilerlemesi sağlanmıştır. Yağ sevmez özellik yağın yüzeye tutunmasını azaltmak için gereklidir. Bu sistem, tek bir girdi (dikey titreşim) kullanarak damlacık hareketini ayrı ayrı kontrol etme, damlacıkları hassas oranlarda karıştırma ve böylece kanallı sistemlerde karşılaşılan tıkanma ve kontaminasyon gibi problemleri ortadan kaldırma gibi avantajlara sahiptir. Bu çalışmanın başlangıç aşaması ağırlıklı olarak topografik etkilerin yağ sevmez özelliğine olan etkisinin araştırılmasına ve yüksek oranda yağ ve su sevmez (superomniphobic) yüzey üretmeye odaklanmıştır. Yüzeyler geleneksel fotolitografi tekniği kullanılarak silikon plakalar üzerinde üretilmiştir. Bu aşamada yüzeylerde mantar mikroyapısı ve dikey kenarlı mikroyapı olmak üzere iki farklı profili kullanılmıştır. Yağsevmez özelliği elde edebilmek için, mantar mikroyapısının gerekli olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, mikroyapıların kenar uzunluğunun, mikroyapıların arasındaki mesafenin ve TiO2 kaplamasının ıslanılabilirlik özelliğine olan etkisi araştırılmıştır. Yağ damlacıklarının taşınması için, yüksek oranda su ve yağ sevmez özellikte dokulu yüzeyler geliştirilmiş ve bu yüzeyler titreşim uygulanarak test edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında bu yüzeyler nanoparçacık sentezi için kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Microfluidic systems are mostly composed of closed microchannels in which flow is generated by syringe or pressure pumps. The flow in these channels can be droplet-based however access to each droplet individually in these systems is not possible. As an alternative approach to these channel-based devices, droplets can also be manipulated on surfaces by generating surface energy gradients. Since in these systems droplets can be handled individually and samples can be carried in small packages, these systems can perform more controlled operations. For instance, the concentration and volume of the samples can be adjusted more precisely. These systems can be very useful for biological analysis as well as chemical synthesis. Until now, transport of water droplets by using surface energy gradients has been demonstrated in literature. On the other hand, controlled transport of oil droplets on surfaces remained as a challenging task because of their low surface tension. In addition, in the literature, most of the work about oil droplet transportation was carried out in an aqueous environment, and therefore it restricts its potential for applications. This work demonstrates the transportation of microliter sized oil droplets by utilizing textured superomniphobic surfaces in a controlled way for the first time. By applying vertical vibration to the surface, oil droplets overcome hysteresis and move by following the textured tracks. Superoleophobicity is required to decrease the affinity of oil on the surface so that the motion of droplets can be achieved. This system has advantages such as the ability to control droplet motion individually by using a single input (vertical vibration) as well as mixing droplets in precise ratios, preventing clogging in channels and cross contamination as well as eliminating the usage of syringe pumps. In this project, initial focus was on examining the topography effect on superoleophobicity and fabricating superomniphobic surfaces. Surfaces were fabricated on silicon wafers by using conventional lithography technique. In this stage, two different microstructure profile was used on the surfaces: mushroom microstructure and straight sided microstructure. It was observed that mushroom microstructures were required to maintain superoleophobicity. Also, the effect of side length of microstructures, the distance between the microstructures and TiO2 coating on wettability were investigated. In order to achieve oil droplet transportation, superomniphobic textured surfaces were developed and these surfaces were tested by applying vertical vibration. As a final aim of this project, these surfaces were used for the nanoparticle synthesis.
Benzer Tezler
- Experimental study on droplet formation using a newtonian and a non-newtonian liquid flowing in a microchannel subject to an ac electric field
Bir mikrokanalda akan ve alternatif elektrik alana tabi tutulan bir newtonyen ve bir newtonyen olmayan sıvıdan damlacık oluşumu üzerine deneysel çalışma
YİĞİT AĞANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH KEREM UĞUZ
- Fabrication of surface assisted liquid manipulation systems
Yüzey destekli akışkan kontrol sistemlerinin geliştirilmesi
MUHAMMAD ZEESHAN RASHID
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER KİRAZ
- Potential of microdroplet lasers for optofluidic biosensing applications
Mikrodamla lazerlerin olası opto-akışkan biyoalgılama uygulamaları
MEHDİ AAS
- Diyetsel yağ manipülasyonu ile oluşturulan obezitenin bir sonraki nesil üzerinde etkilerinin incelenmesi: Zebra balığı modellemesi
Investigation of the effects of obesity created by dietary oil manipulation on the next generation: Zebra fish modeling
MEDİNE TÜRKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Beslenme ve DiyetetikAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALTUK BUĞRAHAN CEYHUN
- Nanocellulose as an enhanced oil recovery agent for carbonate reservoirs
Nanoselülozun karbonat rezervuarlarında geliştirilmiş petrol kurtarım aracı olarak kullanımı
CANDAN KIZILIRMAK
Doktora
İngilizce
2023
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT AKIN