جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای محمدرضا فضائلی)

فارسی

موضوع: بررسی عددی و تجربی اثر زبری بر زاویه تماس برای سطوح فوق ­آبگریز
ارائه دهنده: محمدرضا فضائلی
استاد راهنما: دکتر مهدی نیلی احمدآبادی
استاد مشاور: دکتر سید فرشید چینی
استادان داور:دکتر احمدرضا پیشه ­ور، دکتر محسن ثقفیان
 
چکیده:
امروزه، اهمیت فناوری نانو بر کسی پوشیده نیست. یکی از مباحث جذاب مرتبط با این حوزه، سطوح فوق ­آبگریز است که در دسته­ ی علم مهندسی سطح قرار گرفته است. قطره ­ی آب روی این نوع سطوح، زاویه ­ی تماس بیشتر از 150 درجه را دارا می­ باشد. خاصیت فوق­ آبگریزی سطح، ابتدا با مشاهده­ ی ویژگی عدم ترشوندگی برگ نیلوفر آبی، کشف شد. سطوح، برای داشتن چنین خاصیتی می­ بایست دو ویژگی اصلی را داشته باشند که یکی، انرژی سطح پایین در فصل مشترک سه فاز جامد، مایع، و گاز است که وابسته به جنس و ساختار مولکولی سطح بوده، و دیگری، وجود زبری­ه ایی در ابعاد بسیار کوچک نانومتری است که روی سطح جامد را پوشانده ­اند.
در این پژوهش، به­ کمک شبیه ­سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم­ افزار مولکولی لمپس، اثر پارامترهای هندسی زبری­ ها بر زاویه­ ی تماس و درنتیجه، فوق­ آبگریزی سطح، بررسی شده است. برای این­ منظور، نانوقطره­ ی آب بر سطوح صاف و زبرشده از جنس اکسید تیتانیوم، مدل­سازی شده و زاویه ­ی تماس آن بدست آمده است. زبری­ه ای روی سطح، به ­صورت دو بعدی (شیار کشیده شده در یک راستای جانبی) و سه­ بعدی (زبرشده در هر دو راستای جانبی) به شکل مستطیل و با پارامترهای هندسی مختلف، مورد شبیه ­سازی و تحلیل قرار گرفته­ اند. نتایج شبیه­ سازی، بیانگر آنست ­که ایجاد زبری­ ها سبب افزایش زاویه ­ی تماس، نسبت به سطح صاف می­ شود. همچنین، با افزایش ارتفاع زبری تا مقدار 17.754 آنگستروم، زاویه ­ی تماس نانوقطره­ ی آب روی سطح، و درنتیجه، فوق ­آبگریزی سطح، بیشتر می­ شود و بعد از این ارتفاع، تاثیر چندانی روی افزایش زاویه ­ی تماس ندارد. به ­علاوه، هرچه نسبت سطح زبرشده به کل سطح، بیشتر شود (تا نسبت 36 درصد)، زاویه­ ی تماس افزایش می­ یابد. مقایسه­ ی نتایج حاصل از تحلیل سطوح زبرشده و شیاردار، نشان داد که زبری­ های سه ­بعدی، سبب فوق­ آبگریزی بیشتر سطح می ­شوند و زبری­ های دو بعدی (شیارها)، با اینکه نسبت سطح زبرشده به سطح کل بیشتری دارند، اما کاهش زاویه ­ی تماس قطره را سبب می ­شوند که با نتایج تجربی نیز تطابق دارد. به ­جز تحلیل زاویه ­ی تماس در تمامی حالات، به­ کمک تحلیل انرژی آزاد سیستم و همچنین پیوندهای هیدروژنی، میزان فوق­ آبگریزی و پایداری سیستم­ های مدل­سازی شده نیز مورد بررسی قرار گرفته ­اند.
علاوه­ بر تحلیل عددی دینامیک مولکولی در این پژوهش، برای بررسی اثر زبری و جنس سطح بر زاویه­ ی تماس سطح فوق ­آبگریز، از آزمایش تجربی نیز استفاده شده است. برای این­ کار، به­ کمک روش پاشش حرارتی، نانوذرات اکسید فلزی از جنس اکسید روی، اکسید منگنز، و اکسید آلومینیوم با پیش ­ماده­ های آلی و معدنی، سنتز شده و سطوح فلزی از جنس فولاد زنگ ­نزن، گالوانیزه، و مس را پوشش داده ­اند. سپس، سطوح پوشش­ داده شده، تحت عملیات حرارتی تف­ جوشی نیز قرار گرفته و در هر مرحله از این فرایندها، تغییرات زاویه­ ی تماس قطره ­ی آب روی سطوح که بر اثر تغییر ساختار هندسی و جنس زبری­ های پوشش ­داده شده، حاصل می­ شود، اندازه­ گیری شده و پارامترهای تاثیرگذار روی فوق­ آبگریزی سطح در روش پاشش حرارتی، مشخص شده ­اند. مهم­ترین نتیجه­ ای که بدست آمد، آنست­ که به­ کمک فرایند تف ­جوشی، می­ توان انرژی سطح را کاهش و ساختار زبری ­های روی سطح را تغییر داده و سطح فوق­ آبدوست را به فوق­ آبگریز تبدیل کرد؛ بطوری که زاویه­ ی تماس قطره ­ی آب که روی سطح بدون پوشش از جنس فولاد زنگ­ نزن، 75.65 درجه بود، به­ کمک پوشش­ دهی توسط نانوذرات اکسید منگنز و سپس، فرایند تف­ جوشی، به 151.44 درجه رسید (حدود 100 درصد افزایش زاویه­ تماس). بدین­ ترتیب، بدون افزودن ماده­ ی اصلاح ­کننده ­ی دیگری به­ عنوان کاهنده ­ی انرژی سطح و تنها به­ کمک فرایند تف­ جوشی، می ­توان سطح را فوق­ آبگریز کرد. همچنین، به ­کمک تف­ جوشی، دوام پوشش ­های روی سطوح، به­ دلیل تمیز شدن سطح از ناخالصی­ های کربنی ناشی از فرایند پوشش ­دهی احتراقی، افزایش می­ یابد.
کلمات کلیدی: سطح فوق­ آبگریز، زاویه­ تماس، شبیه­ سازی دینامیک مولکولی، پوشش ­دهی، تف­ جوشی

مکان: 

مرکز آموزش های الکترونیکی و آزاد

تاریخ: 

سه شنبه, اسفند 21, 1397 - 11:00

نوع رویداد: 

سمینار علمی

عکس: 

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی