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

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.