Σχεδιασμόςδιάταξης μελέτης διαβροχής μέσω γωνίας επαφής (contact angle) - Εφαρμογή νανοσύνθετων αντιμολυσματικών επιστρώσεων - Δαριβάκη, Αλεξάνδρα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών., 2015)
Στην παρούσα διπλωματική διατριβή πραγματοποιήθηκε σχεδιασμός πρωτότυπης διάταξης για τη μελέτη της διαβροχής μέσω της γωνίας επαφής με σκοπό τον χαρακτηρισμό νανοσύνθετων αντιμολυσματικών επιστρώσεων. Η γωνία επαφής μεταξύ ενός στερεού υλικού και ενός υγρού αποτελεί το μέτρο διαβροχής του στερεού. Η μέθοδος που σχεδιάστηκε για τη μέτρηση της γωνίας επαφής βασίζεται στην οπτική μελέτη του σχήματος σταγόνας στην επιφάνεια του στερεού. Για την μελέτη της γωνίας επαφής κατασκευάστηκε πρωτότυπη διάταξη (prototype contact angle apparatus), η οποία αποτελείται από κινούμενη τράπεζα με δυνατότητα μετατόπισης σε τρεις διαστάσεις, δύο κάμερες με δυνατότητα εστίασης (zoom) x200 και x500 καθώς και πίνακα ελέγχου κίνησης της τράπεζας. Οι κάμερες στηρίζονται κάθετα μεταξύ τους σε ειδικά διαμορφωμένο μεταλλικό σκελετό. Πηγή φωτός με διαχύτη τοποθετείται έναντι της κάμερας μέτρησης, η οποία είναι συνδεδεμένη με ηλεκτρονικό υπολογιστή που διαθέτει κατάλληλο λογισμικό για τη χρήση της (MicroViewer).Για την βαθμονόμηση της κλίμακας στο λογισμικό χρησιμοποιείται το πρότυπο μέτρησης Ramé-Hart Combo Calibration Device, το οποίο είναι απαραίτητο για την αντιστοίχιση των ψηφίδων της εικόνας μέτρησης με γνωστή, σταθερή μονάδα μήκους. Πραγματοποιήθηκε μελέτη της γωνίας επαφής και της επιφανειακής ενέργειας νανοσύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας με χρήση τριών διαλυτών (απεσταγμένο νερό, γλυκερόλη (C3H8O3 99%) και διιωδομεθάνιο (CH2I2 99%)). Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι πολυδιμεθυλοσιλοξάνη (PDMS) ενισχυμένη με νανοσωλήνες άνθρακα (MWCNTs 0.1%-3% w/w και SWCNTs 0.1%-3% w/w) και εποξειδική ρητίνη (epoxy) με νανοδιαμάντια (NDs 0.4%- 5% w/w). Αρχικά πραγματοποιήθηκε αναζήτηση του κατάλληλου όγκου σταγόνας ανάμεσα στις τιμές 5μl, 10μl και 15μl για τη μέτρηση της γωνίας επαφής, κατά την οποία επιλέχθηκε η τιμή όγκου 10 μl. Από τη μελέτη διαβροχής των υλικών PDMS/CNTs βρέθηκε ότι ο τύπος των νανοσωλήνων που ενισχύουν 10 την πολυμερική μήτρα επηρεάζει τη συμπεριφορά του νανοσύνθετου για μικρές περιεκτικότητες για τους πολικούς διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν (νερό, γλυκερόλη). Τα νανοσύνθετα epoxy/NDs παρουσίασαν επίσης μικρή αύξηση της γωνίας επαφής για μικρές περιεκτικότητες ενίσχυσης. Η επιφανειακή ενέργεια, υπολογισμένη από την εξίσωση του γεωμετρικού μέσου, βρέθηκε ότι συνίσταται κατά 90-99% από τη συνιστώσα που οφείλεται στις δυνάμεις διασποράς του υλικού, ενώ σε πολλές περιπτώσεις η πολική συνιστώσα μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα για μικρές συγκεντρώσεις ενισχυτικού μέσου και για τα δύο είδη νανοσύνθετων. Για τα νανοσύνθετα PDMS/CNTs παρατηρούνται μικρές μεταβολές της ενέργειας για μικρές συγκεντρώσεις ενίσχυσης (μείωση για SWCNTs και αύξηση για MWCNTs). ενώ για τα νανοσύνθετα epoxy/NDs δεν παρατηρείται αξιοσημείωτη μεταβολή της ενέργειας αυξανόμενης της ενίσχυσης του υλικού.