Anti-icing functional biphilic surfaces and functionalized multiscale metal organic framework-based coatings
Buzlanma önleyici fonksiyonel bifilik yüzeyler ve fonksiyonel çok ölçekli metal organik çerçeveli kaplamalar
- Tez No: 823901
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Kimya, Mechatronics Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Buz oluşumu, mühendislik sistemleri için büyük bir sorundur. Bu tezde buz oluşumunun temelleri, buz birikimi ve buzlanmama temelleri hakkında bilgi verilmesi, ilgili mekanizmaların belirlenmesi ve buzlanma önleyici uygulamalar için yüzey ve kaplamalar geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu tez çalışmasında temas açısı (CA>172°), yuvarlanma açısı <5° ve temas açısı histerisi (CAH<3°) olan işlevselleştirilmiş bir metal-organik kafesli (ZIF-8) tabanlı mikro-nano-nanoalti ölçekli kaplama (SHMC) geliştirilmiştir. Araştırımada geliştirilen kaplama pratik sprey kaplama yöntemiyle metalik alt tabakalara uygulanmıştır. Kaplamada kullanılan ZIF-8 nanoparçacıkları, üst üste birleştirilmiş ve gözenekli yapısı sayesinde önemli sayıda hava cebi içeren bir yüzey morfolojisi yaratmıştır. Bu tez SHMC'nin mevcut yöntemlere karşi üstünlüğünü kanıtlayan bir araştırmadır. SHMC'nin statik ve dinamik buzlanma önleme davranışı derinlemesine araştırılmıştır. Islanmama mekanizmasını ortaya çıkarmak için fraktal teoriye dayalı bir su temas açısı modeli geliştirilmiştir. SHMC yöntemi buzlanma süresini en az %300 uzatarak süperhidrofobikliğini 30'dan fazla buzlanma/buz çözme döngüsü boyunca koruyabilmiştir. Gerçekleştirilen çok ölçekli kaplama içerisinde üretilen kılcal basınç aralıkları incelenmiş ve üç fazlı temas hattı özellikleri değerlendirilerek SHMC ile damlacık temas süresi boyunca ısı transferinde önemli bir azalma elde edilmiştir. Bunun yanında bu tez çalışması bifilik yüzeylerin buz çözme davranışı hakkında önemli bilgiler sunmaktadir. Tez çalışmasının sonuçları süperhidrofobiklik oranı %19.62 olan hidrofilik bir substrat üzerinde D=500 μm çapındaki süperhidrofobik adalardan oluşan bifilik yüzeyin, bu özel yüzey tasarımı tarafından üretilen Laplace basınç gradyanı nedeniyle tam pasif temizleme yeteneğine sahip olduğunu göstermiştir. Üstelik süperhidrofobiklik oranı arttıkça buz oluşumunda ve birikmesinde daha fazla gecikme meydana gelmiştir. Bu tez çalışmasının sonuçları yüzey tasarımı seçiminin, buzlanma ve buz çözme davranışı arasında bir denge olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Ice formation is a major challenge for engineering systems. In this dissertation, it is aimed to provide understanding about fundamentals of ice formation, ice accumulation and de-icing, to identify the governing mechanisms and to develop surfaces and coatings for anti-icing applications. In this thesis, a functionalized metal-organic framework (ZIF-8) based micro-nano-subnano scale coating (SHMC) with CA>172°, rolling angle <5°, and CAH<3° was developed. The coating was applied to metallic substrates by the practical spray coating method. Superimposed nanoparticles and porous structure of ZIF-8 created a surface morphology containing a significant number of airpockets. This thesis proves the superiority of SHMC over current approaches. Static and dynamic anti-icing behavior of SHMC was vigorously investigated. A fractal theory-based model of water contact angle was adapted to reveal its non-wetting mechanism. SHMC extended the icing time by at least 300% and maintained its superhydrophobicity for more than 30 icing/deicing cycles. The generated capillary pressure ranges within the multiscale coating were studied. The three-phase contact line characteristics were assessed. A significant reduction in heat transfer during the droplet contact time was obtained with SHMC. Furthermore, this thesis provides valuable information about de-icing behavior of biphilic surfaces. The results indicated that the biphilic surface consisting of superhydrophobic islands with the diameter of D=500 μm on a hydrophilic substrate having the superhydrophovity ratio of 19.62% was capable of complete passive cleaning due to the Laplace pressure gradient generated by this specific surface design. Furthermore, as the superhydrophobicity ratio increased, more delay in ice formation and accumulation occurred. The results show that the choice of the surface design is a compromise between its icing and de-icing behavior.
Benzer Tezler
- Functional anti-icing and anti-corrosive composites
Fonksiyonel buzlanma önleyici ve korozyon önleyici kompozitler
AATIF IJAZ
Doktora
İngilizce
2018
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM LEVEND DEMİREL
- Buzlanmayı önleme uygulamaları için fonksiyonel kompozit malzemeler
Functional composite materials for anti-icing application
CEM KARAKÖYLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAHİN COŞKUN
- Design of a functional composite membrane via particle stabilized emulsion templating
Kararlılaştırılmış, parçacıklı emulsiyon kalıplama tekniği ile fonksiyonel kompozit zar tasarımı
SELİN KANYAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Design of functional materials via emulsion templating: Energy and biomedical applications
Emulsiyon kalıplama yöntemiyle fonksiyonel malzeme tasarımı: Enerji ve biyomedikal uygulamalar
DERYA AYDIN
Doktora
İngilizce
2017
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Delayed droplet coalescence during droplet shedding from superhydrophobic surfaces
Süperhidrofobik yüzeylerden ayrılma esnasında damlacık birleşiminde görülen gecikme
ENGİN TEKİNALP
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ALPEREN GÜNAY