Droplet friction on heterogeneous surfaces

Julkaisun otsikon käännös: Pisaroiden kitka heterogeenisillä pinnoilla

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kiinteän ja nesteen välisen kitkan säätämisen mahdollisuudesta on tulossa alati tärkeämpää erilaisissa sovelluksissa, niin vanhoissa kuin uusissakin. Ongelmana kuitenkin on, että tämän kitkan syntymekanismeja ei ymmärretä vielä riittävän hyvin. Tässä väitöskirjassa perehdytään kolmeen julkaisuun, joissa tutkitaan vesipisaroiden kiinteän ja nesteen välisen kitkan alkuperää erilaisilla pinnoilla, joiden ominaisuudet vaihtelevat hydrofiilisestä superhydrofobiseen ja säännöllisestä epäsäännölliseen pintarakenteeseen. Julkaisussa I tutkitaan kuinka pinnan molekyylitason heterogeenisyys vaikuttaa pinnan ja veden väliseen kontaktilinjakitkaan. Tutkimuksessa kasvatettiin ja karakterisoitiin itsejärjestyviä yksittäiskerroksia (self-assembled monolayer) hydrofobisia alkyyliketjuja vaihtelevalla pintatiheydellä hydrofiilisen pii-substraatin päällä. Tuloksista selviää, että alkyyliketjujen pintatiheyden ollessa matala tai korkea, jolloin myös pinnan kemiallinen heterogeenisyys on vähäistä, kitka on vähäistä, kun taas alkyyliketjujen pintatiheyden ollessa keskitasoa ja siten heterogeenisyyden ollessa suurimmillaan, kitka on voimakkaampaa. Julkaisussa II keskitytään kontaktilinjakitkan sekä kiinteän ja nesteen kontaktiosuuden väliseen yhteyteen superhydrofobisilla pinnoilla. Tutkimuksen mukaan kontaktiosuus määrittää kitkan suuruuden siten, että kitka on pienimmillään kontaktiosuuden ollessa pienimmillään, ja tätä yhteyttä kuvaamaan luotiin matemaattinen malli. Se toimii laajalla alueella erisuuruisia kitkan ja kontaktiosuuden arvoja, joista kumpikin ulottuu melkein kolmen kertaluokan yli. Toinen tutkimuksessa esitetty merkittävä havainto on, että kartiomallinen pinnan mikrorakenne luo pintoja, joilla kiinteän ja nesteen välinen pintaosuus jää äärimmäisen pieneksi, jolloin myös kontaktilinjakitka jää äärimmäisen pieneksi. Julkaisussa III perehdytään kiinteän ja nesteen väliseen kitkaan superhydrofobisilla pinnoilla, joilla on epäsäännöllinen pintarakenne nano- ja mikrometrikokoluokassa. Pinnan kastumisominaisuuksien karakterisointi paljastaa aikariippuvuuden kitkassa: paikallaan olevat pisarat ehtivät sopeutumaan pinnan karheuteen, kun taas liikkuvat pisarat eivät ehdi vastaavaan sopeutumiseen. Karkeuteen sopeutumisen seurauksena kiinteän ja nesteen kontaktiosuus kasvaa aiheuttaen myös kontaktilinjakitkan kasvun. Tämän seurauksena syntyy lepokitkakynnys, joka saa paikallaan olevat pisarat tarttumaan osittain pintaan kiinni samalla kun liikkuvat pisarat pystyvät kulkemaan vapaammin. Julkaisuiden I-III tulokset auttavat määrittämään kriittisiä pinnan parametreja, kun suunnitellaan funktionaalisia pintoja sovelluksiin, joissa vaaditaan matalaa kiinteän ja nesteen välistä kitkaa.
Julkaisun otsikon käännösPisaroiden kitka heterogeenisillä pinnoilla
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ras, Robin, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1635-9
Sähköinen ISBN978-952-64-1636-6
TilaJulkaistu - 2024
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • kastuminen
  • kontaktilinjakitka
  • hydrofobisuus
  • itsejärjestyvä yksittäiskerros

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Pisaroiden kitka heterogeenisillä pinnoilla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä