Ultrahidrofobiklik
Ultrahidrofobik (veya süperhidrofobik) yüzeyler oldukça hidrofobiktir, yani ıslanması son derece zordur. Bir ultrahidrofobik malzeme üzerindeki bir su damlasının temas açıları 150 ° C’yi aşmaktadır. Bu, lotus bitkisinin süperhidrofobik yapraklarından sonra lotus efekti olarak da adlandırılır. Bu tür yüzeylere çarpan bir damlacık, elastik bir top veya gözleme gibi tamamen geri sekebilir.
Doğadan Örnekler
Doğada bulunan pek çok hidrofobik malzeme Cassie yasasına dayanır ve mikroskop altı düzeyde iki aşamalıdır. Bazı bitkilerdeki ince tüyler hidrofobiktir ve güneş ışığı engelleyici kiri fotosentetik yüzeylerinden çekmek ve uzaklaştırmak için suyun çözücü özelliklerinden yararlanmak üzere tasarlanmıştır. Bu lotus etkisinden esinlenerek, birçok fonksiyonel süperhidrofobik yüzey geliştirilmiştir.
Su tutucular, suyun yüzey filminde yaşayan böceklerdir ve vücutları hidrofüj adı verilen özel saçlar nedeniyle etkili bir şekilde ıslatılamaz; vücut yüzeylerinin birçoğu, milimetre başına binden fazla mikrohaher olacak şekilde hidrofobik bir yüzey oluşturan küçük tüylerden oluşan bu özel “saç tüyleri” ile kaplıdır. Benzer hidrofüj yüzeyleri, yaşamlarının çoğunu, suyun solunum sistemlerine girmesini önleyen hidrofobik kıllara batırılmış su böcekleri de dahil olmak üzere diğer böceklerde bilinmektedir.
Bazı kuşlar hidrofobik tüy kaplamaları nedeniyle harika yüzücülerdir. Penguenler bir hava tabakasıyla kaplanır ve sudan dışarı atlamak ve daha yüksek bir zemine inmek gerektiğinde bu hapsolmuş havanın hızla hızlanmasını sağlayabilir. Yüzerken bir hava paltosunun giyilmesi sürtünmeyi azaltır ve aynı zamanda bir ısı yalıtkanı görevi görür.
Güncel Araştırma
Dettre ve Johnson 1964’te süperhidrofobik lotus etkisi fenomeni tüylü hidrofobik yüzeylerle ilgili olduğunu keşfettiler ve parafin veya TFE telomer ile kaplanmış cam boncuklarla yapılan deneylere dayanan teorik bir model geliştirdiler. Süperhidrofobik mikro-nanoyapılı yüzeylerin kendi kendini temizleme özelliği 1977’de bildirilmiştir. Perfloroalkil, perfloropolieter ve RF plazma ile oluşturulan süperhidrofobik malzemeler geliştirildi, elektro-ıslatma için kullanıldı ve 1986 ile 1995 yılları arasında biyo-tıbbi uygulamalar için ticarileştirildi.
Diğer teknoloji ve uygulamalar 1990’ların ortalarından beri ortaya çıkmıştır. Dayanıklı bir süperhidrofobik hiyerarşik bileşim, bir ya da iki aşamada uygulanan 2002 yılında, mikrometre boyutunda özelliklere sahip bir yüzey üzerine ya da 100 nanometre parçacıklara sahip nano boyutlu parçacıklar ≤ 100 nanometre içeren açıklanmıştır. Daha büyük partiküllerin daha küçük partikülleri mekanik aşınmadan koruduğu gözlenmiştir. 2012 yılında 10 ila 100 nanometre boyutunda nano partiküller içeren dayanıklı, optik olarak şeffaf süperhidrofobik ve oleofobik kaplamalar geliştirilmiştir. Süperhidrofobiklikle ilgili araştırmalar yakın zamanda, alkilketen dimerin (AKD) nano-yapılandırılmış bir fraktal yüzeye katılaşmasına izin vererek üretilen insan yapımı süperhidrofobik örneklerin bildirildiği bir mektupla hızlanmıştır. Birçok makale o zamandan beri parçacık biriktirme, sol-jel teknikleri, plazma muameleleri, buhar biriktirme,ve döküm teknikleri dahil süperhidrofobik yüzeylerin üretilmesi için imalat yöntemleri sundu. Araştırma etkisi için mevcut fırsat temel olarak temel araştırma ve pratik üretimdir. Wenzel ve Cassie-Baxter modellerinin uygulanabilirliği konusunda yakın zamanda tartışmalar ortaya çıkmıştır. Wenzel ve Cassie-Baxter modelinin yüzey enerjisi perspektifine meydan okumak ve bir temas hattı perspektifini teşvik etmek için tasarlanmış bir deneyde, su damlaları sert bir hidrofobik alanda pürüzsüz bir hidrofobik noktaya, pürüzsüz bir hidrofobik alanda kaba bir hidrofobik noktaya yerleştirildi ve hidrofobik bir alanda hidrofilik bir nokta oldu. Deneyler, temas hattındaki yüzey kimyasının ve geometrisinin temas açısını ve temas açısı histerezisini etkilediğini, ancak temas hattının içindeki yüzey alanının hiçbir etkisi olmadığını göstermiştir. Temas hattındaki pürüzlülüğün artmasının damlacık mobilitesini arttırdığı iddiası da önerilmiştir. Bir yöntem ki temas hattındaki pürüzlülüğü deneysel olarak ölçmek için mikro / nano yapılı yüzeyler üzerinde eritilmiş ve biriktirilmiş düşük erime sıcaklığına sahip metal kullanır. Metal soğuduğunda ve katılaştığında, çevrilen yüzeyden çıkarılır ve temas hattı mikro geometrisi açısından incelenir.
Potansiyel Uygulamalar
Kâğıt tabanlı elektronik ve medikal endüstrisindeki uygulamaları için benzersiz özelliklere sahip süper hidrofobik kağıtların son zamanlarda bir gelişimi olmuştur. Kağıt, çevreye zarar vermeyen organik bir serbest ortamda sentezlenir. Kağıt, nem tutmadığından antimikrobiyal özelliklere sahiptir, bu nedenle cerrahi uygulamalar için mükemmeldir. Bu kağıt, kağıt tabanlı elektronik endüstrisi için büyük bir atılım olabilir. Sulu ve organik çözücülere karşı direnç, elektronik sensörler ve talaşların geliştirilmesinde ideal seçim olmasını sağlar. Cilt bazlı analit tespiti artık elektrotlara zarar vermeden ve sürekli olarak değiştirilmeden mümkündür, çünkü bu kağıt terden etkilenmeyecektir. Sonsuz uygulamaları ile bu malzeme bilimi alanının daha fazla keşfedileceği kesin. Hidrofobik yapıların ve malzemelerin yakın zamanda uygulanması, mikro yakıt hücresi çiplerinin geliştirilmesidir. Yakıt hücresi içindeki reaksiyonlar, bu hidrofobik membranlardan dışarı atılabilen atık gaz CO2 üretir. Membran, gazın kaçmasına izin veren birçok mikro boşluktan oluşur, hidrofobiklik özelliği ise sıvı yakıtın sızmasını önler. Daha önce atık gaz tarafından tutulan hacmi değiştirmek için daha fazla yakıt akar ve reaksiyonun devam etmesine izin verilir.
Ultrahidrofobik yüzeylerin iyi bilinen bir uygulaması ısı değiştiriciler üzerindedir, damlacık dökülmesini geliştirebilir ve hatta güç planları, ısıtma ve klima ve tuzdan arındırma potansiyeli olan atlama damlacık yoğunlaşmasına neden olabilirler. Kendinden hidrofobik yüzeyler sergilediği tespit edilen nadir toprak oksitleri, yüzey kaplamalarına bir alternatif sunarak yüksek sıcaklıkta çalışan ısı eşanjörleri için termal olarak kararlı hidrofobik yüzeylerin geliştirilmesine izin verir. Membran damıtması için ultrahidrofobik tuzdan arındırma membranları aynı zamanda kimyasal kirlenme ile etkili bir şekilde imal edilebilen gelişmiş kirlenme direnci için de üretilmiştir.
Süperhidrofobik yüzeylerin buzları itebileceği veya buzfobiklik fenomenine yol açan buz birikimini önleyebileceği de önerilmiştir. Bununla birlikte, her süperhidrofobik yüzey buztobik değildir ve yaklaşım hala geliştirilmektedir. Özellikle, numune kenarları tarafından başlatılan istenmeyen damlacıklar arası donma dalgası yayılımının bir sonucu olarak tüm yüzey üzerinde don oluşumu kaçınılmazdır. Dahası, don oluşumu doğrudan, daha sonra buz çözme işleminde ciddi zorluklara yol açarak don yapışmasının artmasına neden olur. Hiyerarşik yüzey oluşturularak, kartlar arası dondurma dalgası yayılımı bastırılabilirken, buz / don giderimi teşvik edilebilir. Arttırılmış performanslar esasen buz çözme için enerji bariyerini artıran ve buz çözme / buz çözme işlemi sırasında sıvı yağlamaya yol açan hiyerarşik yüzeydeki mikro ölçekli kenar etkisinin aktivasyonundan kaynaklanmaktadır. Ambalajın yapışkan bir sıvıyı tamamen boşaltma kabiliyeti bir şekilde kabın iç duvarlarının yüzey enerjisine bağlıdır. Süperhidrofobik yüzeylerin kullanımı faydalıdır, ancak yeni yağlayıcı ile emprenye edilmiş yüzeyler kullanılarak daha da geliştirilebilir.
Hilal Sena TAŞÇI
Özet çeviri bilgi kaynağı : https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrahydrophobicity
