Design and engineering of slippery liquid-infused porous surfaces by LbL technique for icephobic surfaces and hydrodynamic cavitation

Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar, doğada gözlemlenen, yüzey mühendisliği ve akışkanlar dinamiği ile incelenerek açıklanabilen bir olayın, özelliklerinin ve potansiyel uygulamalarının ortaya çıkarılması için incelenmesi ve taklit edilerek çalışılmasını üzerinedir. Sürahi bitkisinden esinlenilerek hazırlanmış, kaygan sıvı doldurulmuş gözenekli yüzey (SLIPS) teknolojisi, tabaka tabaka (LbL) ince film kaplama tekniği kullanılarak geliştirilmiştir. Yüzeyin pürüzlülüğü, ince bir silika nanoparçacık filminin bir altlık üzerine birikilmesiyle elde edilmiştir ve ardından oluşturulan yüzeyin gözenekleri, yapışmaz, itici, kendi kendine düzenlenebilen, buzfobik ve hidrofobik SLIPS mimarisini oluşturmak için bir yağlama maddesiyle doldurulmuştur. Çapı 40 ila 80 nm arasında değişen negatif yüklü silika nanoparçacıklar Stöber yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir ve TEOS / amonyak oranı kontrol edilerek boyutları ve yüzey yüklerinin miktarı kontrol edilmiştir. Sentezlenen silika nanoparçacıklar, daldırmalı kaplama ve akışkan kaplama yöntemleri ile LbL ince-film kaplama tekniği kullanılarak altlığın yüzeyinde biriktirilmiştir. SEM, AFM, UV-Vis ve elipsometri sonuçları, elde edilen ince filmlerin yüzey pürüzlülüğünün 30 ila 15 nm arasında olduğu, Young modül değerinin 5,3Gpa, görünür bölgede %98 geçirgenlik ve 100 ila 200 nm kontrol edilebilen bir kalınlığa sahip bir kaplamanın elde edildiğini gösterilmiştir. Bir yağlayıcı ile doldurulmuş gözenekli ince film kaplamaların buzfobik özellikleri kendi yaptığımız çevresel koşullandırma kabini içinde bir buz yapışma mukavemeti ölçüm düzeneği kullanılarak değerlendirilmiştir. Elde edilen SLIPS mimarisinin buz yapışma mukavemeti 5 kPa'dan az olarak elde edilmiştir, belirtilen değer literatüre göre oldukça iyidir. SLIPS üzerinde gerçekleştirilen döngü ve yaşlandırma testleri, 100 gün sonra SLIPS'nin buz fobisite özelliklerinde %35'lik bir azalma göstermiştir ve kaplamaların buz yapışma mukavemeti, 50 buz çözme döngüsünden sonra bile referans test örneklerden yaklaşık beş kat daha düşüktür. Yağlayıcının tekrarlanmasıyla başlangıçtaki özellikler tekrar elde edilmiştir. Yüzey topografyası ve özellikleri, mikro ölçekte kavitasyonlu akış oluşumunda önemli bir etkiye sahiptir. SLIPS ve yüzey pürüzlülüğünün kavitasyon akışı üzerindeki etkisini incelemek için tasarlanan SLIPS yapısı, çeşitli hidrolik çaplara sahip hidrodinamik kavitasyon mikroçipleri üzerinde akışkan yöntem ile tabaka tabaka kaplama yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Mikroakışkan cihazlar, 1 ila 7.23 MPa arasında değişen yukarı akış basınçlarına maruz bırakılmıştır ve kavitasyonlu akış ve süper kavitasyon durumunun başlangıcının, işlem görmemiş mikroakışkan cihazlara kıyasla çok daha düşük basınçlarda meydana geldiği gözlenmiştir. Selüloz nanofiberle stabilize edilmiş perfloropentan damlacıklarının mikro kanallarda SLIPS yapısının oluşturulmasıyla, cihaz içinde süper kavitasyon akış modelinin elde edilmesi için yukarı akış basıncını 1,7 MPa'ya kadar düşürüldüğü tespit edilmiştir. Selüloz nanolifler kavitasyon işleminden sonra AFM kullanılarak incelenmiş ve daha düşük giriş basıncı nedeniyle kavitasyon sürecinde hasarsız oldukları görülmüştür, elde edilen sonuçlar kapalı döngü uygulamalarında damlacıkların rejenerasyon potansiyelini artırdığı görülmüştür.