رفتار ترشوندگی ایستا و پویای نمونه‌های مسی با ناهمواری نانوساختار تهیه شده با روش شیمیایی دو مرحله‌ای

نانومواد

دوره 15، شماره 54، آبان 1402، صفحه 113-124   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

فاطمه عسجدی^* ؛ فرشاد اسمعیلیان؛ مهسا مهری؛ امیرحسین قدیمیاری

گروه مهندسی متالوژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

سطوح ابرآبگریز مسی با روش دو مرحله‌ای شامل اچ قلیایی و سپس پوشش سطحی پلیمری تهیه شدند. مرحله اچ قلیایی به منظور ایجاد ناهمواری سطحی انجام شد و زمان قرارگیری نمونه در محلول اچ به عنوان متغیر انتخاب شد و نمونه‌ها در زمان‌های 2، 5، 10، 20، و 30 دقیقه اچ شدند. در مرحله بعد پوشش‌دهی پلیمر پلی‌پروپیلن بر روی سطح نمونه‌ها با استفاده از روش غوطه‌وری با سرعت خروج از محلول mm/s 8 در دمای C° 110 انجام شد. بررسی مورفولوژی سطح نمونه‌ها با تصاویر حاصل از SEM و مطالعه ناهمواری سطح با AFM انجام شد و در نهایت برای بررسی رفتار ترشوندگی از آزمون اندازه‌گیری زاویه تماس ایستا و پویا استفاده شد. نتایج نشان داد که در مرحله اچ کردن ابتدا فاز CuO تشکیل شده و با افزایش زمان اچ این ترکیب به فاز Cu₂O تبدیل می‌شود. نتایج AFM افزایش میانگین ناهمواری با افزایش زمان اچ را تایید کرد، به گونه‌ای که ریشه میانگین مجذور ناهمواری‌ها از حدود nm 95 برای زمان اچ 2 دقیقه به nm 182 در زمان اچ 30 دقیقه افزایش یافت. زاویه تماس ایستا نیز با افزایش زمان اچ از 2 تا 30 دقیقه از حدود 93 تا C° 132 افزایش یافت. به علاوه پوشش پلیمری نیز باعث بهبود رفتار ابرآبگریزی نمونه‌ها شد. زاویه تماس ایستای نمونه اچ شده به مدت 30 دقیقه و پوشش داده شده با پلیمر برابر با °6/1±6/149 بدست آمد. در واقع، اچ کردن با ایجاد ناهمواری و پوشش پلیمری با کاهش انرژی سطحی باعث افزایش زاویه تماس قطره با سطح شد. نمونه با زمان اچ 30 دقیقه و پوشش داده شده با پلیمر بهترین رفتار آبگریزی را داشت. زاویه پیشروی و پسروی بدست آمده از آزمون اندازه‌گیری زاویه تماس پویا برای این نمونه به ترتیب برابر با °6/2±6/146، °2/3±9/145 بدست آمد. زاویه پسماند نزدیک صفر و زاویه لغزش پایین برای این نمونه نشان از چسبندگی کم قطره به زمینه دارد، که امکان استفاده از آن را برای کاربردهای خود تمیزشوندگی فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها

پوشش پلیمری؛ اچ قلیایی؛ ترشوندگی؛ سطوح مسی؛ ابرآبگریز

مراجع

• Feng, S. Li, Y. Li, H. Li, L. Zhang, J. Zhai, Y. Song, B. Liu, L. Jiang, D. Zhu, Advanced Materials, 14, 2002, 1857.
• Gao, X. Yan, X. Yao, L. Xu, K. Zhang, J. Zhang, B. Yang, L. Jiang, Advanced Materials, 19, 2007, 2213.
• Parvate, P. Dixit, S. Chattopadhyay, Journal of Physical Chemistry B, 124, 2020, 1323.
• Y. Erbil, Surface Science Reports, 69, 2014, 325.
• فرشاد اسمعیلیان، مازیار صهبا یغمایی، رضا ریاحی فر، بابک رییسی، "زاویه تماس و مسئله پسماند ترشوندگی: بنیان و روش‌های اندازه‌گیری آن"، نشریه دنیای نانو، شماره 40، 1394، 75-81.
• فرشاد اسمعیلیان، مازیار صهبا یغمایی، رضا ریاحی فر, بابک رییسی، "بررسی تجربی تاثیر سطح تماس و خط تماس سه فاز بر پیشبینی مدل‌های ترشوندگی بر ورق آکریلیک ماشینکاری شده با لیزر CO₂"، شانزدهمین سمینار ملی مهندسی سطح، انجمن علوم و تکنولوژی سطح، کرج، ایران، بهمن 1395.
• Esmaeilian, M. Sahba Yaghmaee, Journal of Adhesion Science and Technology, 31, 2017, 1338.
• Shardt, J.W. Elliott, Langmuir, 34, 2018, 12191.
• Shardt, J.W. Elliott, Langmuir, 36, 2020, 435.
• فاطمه عسجدی، اسمعیل صلاحی، فرشاد اسمعیلیان، "خط تماس سه‌فازی در ترشوندگی جزئی: نظریه‌ها، اندازه‌گیری‌های تجربی و رویکرد مقیاس نانو"، نشریه مواد و فناوری‌های پیشرفته، 1400، شماره 4، 1400، 23-9.
• Huang, D.K. Sarkar, X. Grant Chen, Applied Surface Science, 356, 2015, 1012.
• B. Gurav, Q. Xu, S.S. Latthe, R.S. Vhatkar, S. Liu, H. Yoon, S.S. Yoon, Ceramics International, 41, 2015, 3017.
• صاحبعلی منافی، بردیا حاجعلیزاده، "تاثیر غلظت نانوذارت اکسید روی بر خواص آبگریزی پلی پروپیلن"، نشریه نانو مواد، شماره 13، 1392، 45-54.
• Asmatulu, M. Ceylan, N. Nuraje, Langmuir, 27, 2011, 504.
• Xu, J. Ding, L. Feng, Y. Ding, F. Ge, Z. Cai, Surface and Coatings Technology, 262, 2015, 70.
• Wan, D.-Q. Yang, E. Sacher, Journal of Materials Chemistry A, 3, 2015, 16953.
• Yang, Y. Wang, H. Fu, S. Yang, Y. Zhu, H. Yue, W. Jiang, Surface and Coatings Technology, 59, 2019, 108.
• Parale, D. Mahadik, V. Phadtare, A. Pisal, H.H. Park, S. Wategaonkar, International Journal of Material Science and Engineering, 4, 2016, 60.
• Ma, L. Wang, C. Li, J. Guo, P. Shrotriya, C. Deng, J. Zhao, Metals, 9, 2019, 668.
• Guo, X. Chen, J. Li, J.H. Liu, X.J. Huang, Langmuir, 27, 2011, 6193.
• W. Yao, D. Sebastian, I. Lian, O. Günaydın-Şen, R. Clarke, K. Clayton, C.-Y. Chen, K. Kharel, Y. Chen, Q. Li, Coatings, 8, 2018, 70.
• Saha, S. Kumar, A. Das, S. Bhaumik, "An Inexpensive Electrodeposition Technique for Manufacturing Superhydrophobic Surface", Chemcon, Guwahati, India, December 2015.
• Zhao, J. Li, Y. Jin, M. Chen, Materials Research Express, 8, 2021, 096513.
• Y. Liu, Thermal Science, 25, 2021, 653.
• M. Mousavi, R. Pitchumani, Corrosion Science, 186, 2021, 109420.
• M. Forooshani, M. Aliofkhazraei, A.S. Rouhaghdam, Surface Review and Letters, 24, 2017, 1750093.
• Kuang, F. Jiang, T. Zhu, H. Wu, X. Yang, S. Li, C. Hu, Materials Letters, 303, 2021, 130579.
• Chen, Y.W. Liu, Y. Xie, H.H. Zhang, Z. Zhang, Surface and Coatings Technology, 423, 2021, 127622.
• Liu, Y. Luo, L. Sun, R.M. Wu, H. Jiang, Y. Liu, Applied Surface Science, 264, 2013, 872.
• Enright, N. Miljkovic, N. Dou, Y. Nam, E.N. Wang, Journal of Heat Transfer, 135, 2013, 091304.
• F. Stalder, G. Kulik, D. Sage, L. Barbieri, P. Hoffmann, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 286, 2006, 92.
• Shi, L. Zhao, J. Wang, L. Feng, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 20, 2020, 6317.
• Zeng, Z. Qin, Q. Hua, Y. Min, Q. Xu, Surface and Coatings Technology, 362, 2019, 62.
• N. Wenzel, Industrial & Engineering Chemistry, 28, 1936, 988.
• A.B.D. Cassie, S. Baxter, Transactions of the Faraday Society, 40, 1944, 546.