Kastuvuustutkimuksia: Peruskäsitteistä ja kuitumaisista nanorakenteista sovelluksiin

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Vesi on arkipäiväinen, mutta elintärkeä aine. Veden kastelemilla pinnoilla tapahtuu erittäin mielenkiintoisia ilmiöitä. Superhydrofoobiset pinnat ovat sellaisia, joilta pisarat vierivät pois vaikka pinta olisi lähes vaakasuorassa. Nykyään monet tutkijat pyrkivät jäljittelemään luonnossa esiintyviä ilmiöitä ja rakenteita, kuten esimerkiksi lootuskukan lehden äärimmäistä vedenhylkimiskykyä. Vaikka pintojen kastuvuustutkimuksen perusta luotiin jo 1800-luvun alussa, monia perustavanlaatuisia käsitteitä on edelleen tutkimatta. Tämä työ yhdistää teoreettisia konsepteja kokeelliseen materiaalitieteeseen ja esittelee näille uusille materiaaleille sovelluksia digitaalisista muisteista öljyntorjuntapelletteihin. Julkaisu I tutkii pintojen kastuvuuden peruskäsitteitä ja esittää kvantitatiivisen kokeellisen menetelmän, jolla voidaan mitata pinnan vetäytyvän kontaktikulman arvo käyttämällä ns. pisaramenetelmää. Vastaavuus teorettisen konseptin, laskennallisten mallin sekä kokeiden välillä todennetaan. Lisäksi työssä ehdotetaan uutta määritelmää superhydrofoobisuudelle. Julkaisu II esittelee kasvumallin, joka selittää kuinka silikoninanofilamentit, jotka ovat superhydrofoobisia kuitumaisia nanorakenteita, kasvavat pinnoille. Aiemmissa malleissa ei olla pystytty täysin kuvaamaan kuinka tetragonaalisista lähtöaineista muodostuu yksiulotteisia rakenteita. Ehdotettu malli pyrkii kattamaan juuri tämän symmetrian rikkoutumisen. Julkaisu III käsittelee hierarkkista pintaa, jolla esiintyy kaksi superhydrofoobista kastumistilaa, kun se asetetaan veden alle. Paikalliset painemuutokset aiheuttavat nopean ja paikallisen muutoksen tilasta toiseen. Teoria ja kokeet osoittavat, että molemmat tilat ovat pitkäikäisiä ja konseptia havainnollistetaan käyttämällä pintaa yksinkertaisena näyttölaitteena. Julkaisut IV ja V kuvailevat nanoselluloosa-aerogeelejä, jotka on pinnoitettu epäorgaanisilla aineilla käyttäen atomikerroskasvatusmenetelmää, ja joiden avulla voidaan luoda sekä resistiivinen/ kapasitiivinen kosteusanturi että pelletti, jota voidaan käyttää öljylauttojen imeyttämiseen suoraan veden pinnalta. Aerogeelien suuri huokoisuus ja suuri pinta-ala mahdollistavat esitellyt ominaisuudet. Lisäksi työssä vertaillaan erilaisia nanoselluloosa-aerogeelien kuivausmenetelmiä kuitumaisen verkostorakenteen säätämiseksi. Kastuvuusilmiöiden peruskäsitteiden yhdistäminen materiaalitieteeseen, kuten tässä työssä on tehty, voi johtaa mielenkiintoisiin sovelluksiin monella tekniikan alalla. Esitellyt konseptit ja sovellukset toivottavasti inspiroivat jatkotukimuksia, joissa yhdistellään kastuvuusilmiöitä sovelluksiin.
Julkaisun otsikon käännösKastuvuustutkimuksia: Peruskäsitteistä ja kuitumaisista nanorakenteista sovelluksiin
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Ikkala, Olli, Vastuuprofessori
  • Ikkala, Olli, Ohjaaja
  • Ras, Robin, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-5259-5
Sähköinen ISBN978-952-60-5260-1
TilaJulkaistu - 2013
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • kastumisilmiöt
  • superhydrofobisuus
  • nanoselluloosa
  • aerogeeli
  • kosteusanturi
  • öljyn imeytys

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Kastuvuustutkimuksia: Peruskäsitteistä ja kuitumaisista nanorakenteista sovelluksiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä