بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به روش لایه نشانی الکترودی در رهیافت پالس مربعی، لایه های فوق آب گریز مس در دماهای 22، 45 و 60 درجه سانتیگراد از پیش ماده تترافلوئوروبورات مس ساخته شدند. اگرچه در دماهای 22 و 45 درجه سانتیگراد ساختارهایی با سطح مقطع مثلثی و مربعی به وجود آمد اما با افزایش دما به 60 درجه سانتیگراد، ساختارهای سلسله مراتبی پیچیده و فرکتالی ظاهر شدند که سبب تولید زبری و تخلخل شدید سطحی و در نتیجه فوق آب گریزی سطح شدند. زاویه تماس و غلتش این نمونه به ترتیب برابر 160º و 15º است. طبق این بررسی، امکان ساخت سطوح فوق آبگریز پایدار مس با استفاده از این رهیافت بدون هیچ گونه بهبود دهی ثانویه شیمیایی به منظور کاربرد در صنعت، از جمله روکش سطوح خطوط انتقال برق، اتومبیل، کشتی وهواپیما به منظور کاهش آلودگی، اصطکاک و مصرف انرژی وجود دارد.
مقدمه
در سالیان اخیر، استفاده از سطوح آبگریز که قطرات آب را از خود طرد می کنند، در حوزه های سطوح خود تمیزشونده، ضدباکتری، کاهش اصطکاک، مقاوم در برابر خوردگی و سطوح زیرآبی در صنعت گسترش یافته است.[1] پدیده ترشوندگی به وسیله تعیین زاویه تماس قطره آب بر روی سطح بررسی میشود. کاسی و باکستر بیان کردند که افت و خیزهای سطح زبر، بسته به اندازه زبریها، میتوانند حبابهای هوا را در خود گیر بیاندازند.
در نتیجه هر چه ساختارهای سطحی پیچیده تر باشند در حالاتی PACS No. 61.30.Hn, 68.08.Bc, 61.46.+w, 05.45.Df. با زبریهای بهینه میتوان گذار به حالت فوق آبگریز را مشاهده کرد. بر این اساس علاوه بر انتخاب موادی با انرژی سطحی کم، به دنبال ساخت زبری های مشخص و پیچیده نیز هستند. روش لایه نشانی الکترودی روش مناسبی برای ساخت سطوح با ساختارهای خاص از مواد رسانا همچون الکترولیتهای فلزی[2] یا پلیمرهای رسانا[3] است. در این روش با تغییر پارامترهایی همچون نوع الکترولیت، دما، زمان، جریان، ولتاژ و برنامه لایه نشانی میتوان ساختارهای متفاوت ایجاد کرد.
از طرفی دیگر، با توجه به استفاده گسترده از مس در محیط و صنعت از جمله شبکه آب و برق، حوزه های محیط زیستی و انرژیهای خورشیدی و کاربردهای حمل و نقل هوایی و زمینی و دریایی، ساخت سطح مس آبگریز میتواند بر مزیتهای این سطوح بیافزاید. طبق مشاهدات پژوهشگران با کاهش میزان اکسیژن این لایهها، انرژی سطحی کم شده و آب گریزی بهبود مییابد2]و 4و .[5 در این پژوهش، سطوح فوق آبگریز برپایه مس به روش لایهنشانی الکترودی در رهیافت پالس مربعی، با پیش ماده تترافلوئوروبورات مس، ساخته شده و مورد مطالعه با آنالیزهای تعیین زاویه تماس قطره آب، پروفایلومتری نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس قرار گرفته اند.
روش کار
لایه نشانی الکترودی با دستگاه اوتولب1 شرکت متراُهم2 در رهیافت پالس مربعی با 8 و 12 پالس در سه دمای 22 - دمای محیط - ، 45 و 60 درجه سانتیگراد انجام شد. این دستگاه دارای سه الکترود است: .1 الکترود جمع کننده: میله کربنی .2 الکترود فعال: زیرلایه - 150nm Au/10nm Cr/ Si - 100 - - و .3 الکترود مرجع: کالومل اشباع. الکترولیت، محلول آبی 0.1 M Cu - BF4 - 2 است. در هر پالس، سیستم به مدت 10 ثانیه در ولتاژ کار - -0.4 , -0.3 - V روشن بوده و دو ثانیه استراحت میکند. به منظور بررسی این نمونهها از آنالیزهای پراش پرتو ایکس - دستگاه Philips XRD - ;ʼSHUW 03، میکروسکوپ الکترونی روبشی - مدل F6700 شرکت - JEOL، دستگاه تعیین زاویه تماس - گونیامتر DSA30 شرکت - Krüss، و میکروسکوپ نوری - مدلWyko NT 1100 شرکت - Bruker استفاده کردیم.
نتایج و بحث
طبق شکل 1 با افزایش دمای لایه نشانی و همچنین تعداد پالس، زبری افزایش می یابد. در طی هر بار افزایش دمای 15 تا 20 درجهای، زبری یک مرتبه بزرگی رشد داشته است. بهطوری که زبری در دماهای 22، 45 و 60 درجه سانتیگراد به ترتیب در مرتبه 20 و 200 نانومتر و در نهایت بیش از یک میکرون است. در 60 درجه سانتیگراد و 12X زبری به 5 میکرون رسیده که به معنای ایجاد ساختارهای پیچیده و سلسله مراتبی است. شکل :1 زبری اپتیکی سطح نمونه های ساخته شده در دماهای مختلف. طبق شکل زیر، متناسب با افزایش زبری سطوح، زاویه تماس به شدت رشد میکند. در دمای 22 درجه سانتیگراد با افزایش زبری، زاویه تماس اندکی کاهش یافته است.
اما در دمای 45 درجه سانتیگراد با افزایش 30 درصدی زبری در بازه زبریهای حدود 200 نانومتر، زاویه تماس 15 درجه افزایش نشان میدهد. شکل :2 زاویه تماس قطره آب بر روی سطح نمونههای ساخته شده با رهیافت پالس مربعی در دماهای لایه نشانی مختلف. بیشترین زاویه تماس در نمونههای 60 درجه سانتیگراد مشاهده می شود که در 8X به 156 درجه رسیده و در ادامه با پنج برابر شدن زبری، تا 160 درجه افزایش مییابد. این نمونه دارای زاویه لغزش 15 درجه است. این زبری شدید که با زاویه تماس بالا و فوق آبگریزی همراه شده، نشان دهنده تشکیل سطحی دارای ساختار پیچیده موثر در جهت بهبود آبگریزی است.
