Damla buharlaşması ile yüzeye kontrollü nano ve mikro malzeme kaplama ve uygulamaları

Abstract

Yüzeyler üzerinde saf sıvı damlaları yanında surfaktanlar, organik-inorganik maddeler, mikro-nanopartiküller vs. gibi çözünen ya da çözünmeyen madde içeren damlaların buharlaşması ve sonrasında elde edilecek kalıntıların morfolojisinin kontrolü nanoteknolojideki uygulama alanlarının artmasıyla önem kazanmıştır. Bu tez çalışmasında, SDS surfaktanı ile dispersiye edilmiş fulleren ve grafitin damla buharlaşması sonunda elde edilen kalıntının geometrisi üzerinde kontrol sağlanarak istenilen çap, yükseklik ve morfolojide homojen tablet veya kubbe şeklinde kalıntıların elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada Teflon-FEP, FS, PP, PS, PMMA, PVOH ve cam gibi serbest yüzey enerjisi ve hidrofobiklikleri birbirinden farklı yüzeyler üzerinde saf su, sadece SDS surfaktanı içeren sulu çözelti damlaları ile fulleren nano-partikülü ve grafit mikro-partiküllerinin sulu SDS çözeltisi içindeki dispersiyon damlaları buharlaştırılmış ve bıraktıkları kalıntılar incelenmiştir. Serbest yüzey enerjisinin yanısıra, surfaktan ve partikül konsantrasyonları değişimi ile kalıntı çapı ve yüksekliklerinin değişmesi saptanmıştır. SDS konsantrasyonunun artması, damlanın temas açısını düşürürken, temas çapını arttırmakta, dolayısıyla kalıntı çapı da artmaktadır. Grafit ve fulleren içeren SDS çözeltilerinde ise SDS artışı ile dispersan kalıntısının çapı artmaktadır. Kalıntı çapını yüzeylerin serbest yüzey enerjisi de etkilemektedir. Kalıntı çapı serbest yüzey enerjisi değişimi ile lineer olarak artmaktadır. Hidrofilik yüzeylerde daha büyük, hidrofobik yüzeylerde daha küçük çapta kalıntılar elde edilmektedir. Ayrıca grafit içeren dispersiyonlar ile düşük yüzey enerjisine sahip yüzeylerde kubbe şeklinde, kalıntılar oluşmaktadır. Nano büyüklükteki fulleren içeren kalıntılar ise tablet şekline daha yakın ve yükseklikleri daha azdır. SDS adsoprsiyonunun fullerenler üzerinde fazla grafit üzerinde ise nisbeten az olduğu saptanmıştır. Grafit konsantrasyonunun artması kalıntı yüksekliklerini arttırırken, fulleren konsantrasyonunun artmasıyla kalıntıların çap ve yüksekliklerinde önemli bir değişiklik olmadığı tespit edilmiştir.

The control of morphology of stains obtained after evaporation of droplets containing soluble or insoluble materials such as surfactants, organic-inorganics, micro-nanoparticles becomes an important subject with increase of nanotechnology applications. The aim of this thesis is to control the geometry of stains that formed after evaporation of aqueous SDS containing fullerene and graphite dispersion drops. For this purpose, pure water, SDS solutions; and fulleren nanoparticle or graphite microparticle containing SDS dispersion drops are evaporated on substrates having different surface free energy such as Teflon-FEP, FS, PP, PS, PMMA and glass slide. The effect of surfactant and particle concentration and surface free energy of solids are investigated to control the shape, diameter and heights of the tablet or spherical cap shaped stains. Contact angles of SDS solution drops decrease, contact diameters increase with the increase of SDS concentration. Correspondingly, stain diameters of graphite and fullerene increase with the increase of SDS concentration. Also, stain diameters increase linearly with the increase of substrate surface free energy. Larger stains are formed on hydrophilic surfaces and smaller stains are obtained on hydrophobic surfaces. When graphite containing dispersion drops are used, spherical cap shaped stains are formed on low surface free energy surfaces whereas tablet shaped stains are formed from fullerene nanoparticles. It was determined that adsorption of SDS on fullerene is larger than on graphite and cause the stain formation differences. The increase of graphite concentration increases the stain heights, but increase of fullerene concentration does not affect the stain diameter and heights.