Preparation and characterization of hydrophobic surfaces

Abstract

ki farklı yöntem kullanılarak hidrofobik yüzeyler hazırlandı. Genellikle Wenzel veCassie-Baxter rejimleri olarak sınıflandırılan ıslanma özelliklerinin kontol edilebilirli ive daha iyi tanımlanması üzerinde duruldu.Deneysel verileri daha verimli olarak toplamak ve yorumlamak amacıyla konusundaönder i lemsel bir çalı ma (Johnson ve Dettre'nin modeli) geni letilerek kontroledilebilir hidrofobiklikteki yüzeylere uygulandı. Aynı kontrol parametresine ba lıolarak temas açısı ve temas açısı histerisisindeki de i imlerin incelenmesinin mevcutıslanma rejiminin belirlenmesinde etkili bir yöntem oldu u gösterildi.lk sistem olarak polimer-nanoparçacık kompozit filmleri çalı ıldı. Az hidrofobikamorf bir polimer (polisitiren) oldukça hidrofobik bir nanoparçacıkla de i en kütleyüzdelerinde karı tırıldı. Bu sistem hidrofobikli in hem kimyasal (kompozitlik) hem defiziksel (pürüzlülük) yollarla kontrolüne olanak sa ladı. Temas açısı ve temas açısıhisterisisi verilerinin birlikte analizi kimyasal etkinin bu sistem için daha baskınoldu unu gösterdi. Bu sonuçla uyumlu olarak, mikroskop görüntüleri ve ikici bir çe itnanoparçacıkla yapılan kontrol deneyleri yüzey hidrofobikli inin nanoparçacıklarınpolimer matris içindeki da ılmalarıyla yakından ilgili oldu unu gösterdi.kinci yöntemde üçlü blok bir kopolimerin (PCL-PDMS-PCL) kendili indenyapılanma özelli inden yararlanıldı. Yüzeyi farklı ölçeklerde ekillendirmek amacıylaince filmlerdeki mikrofaz ayrı ımının bir kalıp olarak kullanılması denendi. Buekillenme morfolojiye ve moleküler yönlenmeye oldukça ba lı kaldı ve hidrofobikli ibeklendi i ekilde arttırmadı. Di er bir yol olarak bir seçici çözücüde çözeltilerhazırlanarak film eklinde döküldü. Olu an filmler süper-hidrofobik özellik sergiledi.Dinamik ı ık saçılması ve atomik kuvvet mikroskobu analizleri mikrometre venanometre düzeyinde misel olu umlarını i aret etti.iv

Hydrophobic surfaces were prepared using two different methods. Emphasis hasbeen on controllability and better characterization of their wetting properties, which arecommonly classified under Wenzel and Cassie-Baxter regimes.With the intention to collect and interpret experimental data more efficiently, resultsof a pioneering numerical study (the model by Johnson and Dettre) were extended tosystems with controllable hydrophobicity. Analysis of the changes in contact angle andits hysteresis as a function of the same control parameter was shown to be an effectivemethod in the determination of the governing wetting regime.Polymer-nanoparticle composite films were studied as the first system. A slightlyhydrophobic amorphous polymer (polystyrene) was mixed with a fairly hydrophobicnanoparticle at varying mass percentages. This system allowed the control ofhydrophobicity by both chemical (composition) and physical (roughness) means.Collective analysis of contact angle and contact angle hysteresis data revealed thechemical effect to be more dominant for this system. In agreement with this conclusion,microscopy images and control experiments with a second type of nanoparticle showedthat dispersion of nanoparticles in the polymer matrix was strongly related to thehydrophobicity of the surfaces.The second method utilized self assembly property of a triblock copolymer (PCL-PDMS-PCL). Microphase separation in spin-coated films was tried to be used as atemplate for patterning the surface at different length scales. This patterning dependedsignificantly on the resulting morphology and the molecular orientation, and did notenhance hydrophobicity as expected. As an alternative way, solutions were prepared ina selective solvent and casted into films, which exhibited super-hydrophobic behavior.DLS and AFM analyses indicated formation of micellar structures at the micro- andnanometer level.iii