Kağıt mikroyapısının transfer edilmesiyle yüksek dayanımlı süperhidrofobik kaplamaların üretilmesi

Abstract

Süperhidrofobik kaplamaların kullanım alanını kısıtlayan temel eksiklerinden birisi zayıf dayanımdır. Bu tez ile kâğıdın mikroyapısından yararlanarak bu soruna evrensel bir çözüm sunuldu. Sunulan bu yaklaşımda, kâğıdın lifli yapısı hedef bir malzemeye aktarılmakta ve böylece çözelti fazından biriktirilen nanomalzemeleri mekanik olarak koruyucu bir tabaka oluşturulmaktadır. Kâğıdın mikroyapısı basit bir kalıplama yöntemi kullanılarak polidimetilsiloksan (PDMS) yüzeyine aktarılmaktadır. Alkil-silan ile modifiye edilmiş silika nanopartikül ve karnauba vaksın, kâğıt yapısı aktarılmış film yüzeyinde biriktirilmesi ile hiyerarşik yapılı bir süperhidrofobik (su temas açısı >168o ve kayma açısı <3o) yüzey elde edilmektedir. Burada, mikro kanallar nanopartikülleri mekanik aşınmalara ve su darbelerine karşı korumakta ve bu yüzden yüksek dayanım sağlamaktadır. Sunulan bu yaklaşım farklı kompozisyonda malzemelere ve esnek yüzeylere kolayca uygulanabilir. Üretilen süperhidrofobik kaplama su dışında kan, süt, bal, kahve, şurup vb. sıvıları da yüzeyden itmektedir. Sunulan yaklaşım düşük maliyetli olup, zararsız malzemelere, basit, ölçeklenebilir, çevre dostu süreçlere dayanmaktadır ve süperhidrofobik kaplamaların endüstriyel uygulamaları için büyük umut vaat etmektedir.

Weak durability is one of the main shortcomings of superhydrophobic coatings impeding their adoption in practical applications. This thesis proposed a universal solution to this challenge by benefiting from the unique microstructure of paper. The presented approach is based on transferring the fibrous structure of paper into a target material, to form a mechanical protection layer for nanomaterials that were deposited from solution-phase. Specifically, the structure of paper is transferred onto a free-standing polydimethylsiloxane (PDMS) film using a simple molding process. The deposition of alkyl-silane modified silica nanoparticles and carnauba wax on the free-standing film with the transferred paper structure results in a structured superhydrophobic surface with a static water contact angle >168o and a sliding angle < 3o. Here, the micro-channels protect the nanoparticles against mechanical wear and water impact, and therefore provide high robustness. The proposed approach could be easily applied to materials of different composition and flexibility. Apart from water, the fabricated superhydrophobic surface is repellent to other liquids including blood, milk, honey, coffee, and syrup. The presented approach is based on low-cost and ecofriendly materials and simple, scalable, and environment-friendly processes and shows great promise for industrial applications of superhydrophobic coatings.