Κίνηση σταγόνων υγρών διαφορετικού ιξώδους σε υπερυδρόφοβες επιφάνειες εκτραχυμένες με πλάσμα - Σαρκίρης, Παναγιώτης (Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2018)
Τα φαινόμενα που συμβαίνουν κατά τα πρώτα δευτερόλεπτα της κίνησης σταγόνων πάνω σε επιφάνειες, καθώς και οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά την κίνηση αυτή, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας. Το ενδιαφέρον αυτό οφείλεται στις πολλαπλές εφαρμογές που μπορεί να έχει η απόκτηση αυτών των πληροφοριών. Για παράδειγμα ενδιαφέρον παρουσιάζει η κίνηση των σταγόνων όταν οι μελετώμενες επιφάνειες είναι υπερυδρόφοβες, με δυνατότητα μείωσης των τριβών και συνεπώς εξοικονόμηση ενέργειας. Για τους λόγους αυτούς, στην παρούσα εργασία μελετάται η κίνηση σταγόνων νερού και γλυκερίνης (δύο υγρών με μεγάλη διαφορά στο ιξώδες) πάνω σε υπερυδρόφοβες επιφάνειες που έχουν κατασκευαστεί μέσω εκτράχυνσης με πλάσμα οξυγόνου και εναπόθεσης ενός λεπτού υδρόφοβου υμενίου με πλάσμα C4F8. Ταυτόχρονα, ποσοτικοποιείται η δύναμη της τριβής που αναπτύσσεται κατά την κίνηση των σταγόνων νερού και γλυκερίνης, ενώ επίσης γίνεται εύρεση του συντελεστή τριβής για την κίνηση ρευστών πάνω σε υδρόφοβες και υπερυδρόφοβες επιφάνειες. Ακόμη γίνεται σύγκριση των δυνάμεων τριβής καθώς και των επιταχύνσεων των σταγόνων όταν κινούνται σε επιφάνειες με διαφορετική τοπογραφία, ενώ παράλληλα προσδιορίζεται υπολογιστικά το είδος της κίνησης των σταγόνων ως προς την ολίσθηση και την κύλιση. Τα αποτελέσματα αυτά προέκυψαν μέσω της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε και της μετέπειτα ανάλυσης των δεδομένων. Συγκεκριμένα, στήθηκε πειραματική διάταξη η οποία περιλαμβάνει μία αεροσήραγγα, μετρητικά όργανα της πίεσης σε αυτή, κάμερα υψηλών ταχυτήτων και τις υπερυδρόφοβες επιφάνειες που τοποθετήθηκαν μέσα στην αεροσήραγγα. Πάνω στις επιφάνειες τοποθετούνται οι σταγόνες νερού και γλυκερίνης, και μετά την εκκίνηση της αεροσήραγγας αρχίζει η καταγραφή της κίνησης των σταγόνων και η μέτρηση της πίεση στο εσωτερικό της αεροσήραγγας. Έπειτα, μέσω κατάλληλου λογισμικού, προσδιορίζεται η επιτάχυνση της σταγόνας και η οριακή δύναμη εκκίνησης της, ενώ ταυτόχρονα μέσω εφαρμογής των εξισώσεων του Νεύτωνα, υπολογίζεται η δύναμη της τριβής κατά την διάρκεια της κίνησης. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνοψίστηκαν προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα και συγκρίθηκαν με τις μελέτες άλλων ερευνητών πάνω σε αυτό το θέμα. Τα τελικά ευρήματα της παρούσας εργασία είναι ότι η δύναμη της τριβής ποσοτικοποιήθηκε στα 9 μΝ για υπερυδρόφοβες επιφάνειες, ενώ ο συντελεστής της τριβής k υπολογίστηκε στα 4,27. Επιπλέον βρέθηκε ότι η αύξηση του χρόνου κατεργασίας μέσω πλάσματος οξυγόνου των επιφανειών, και επομένως η δημιουργία μεγαλύτερων δομών, έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση υψηλών γωνιών επαφής, με ταυτόχρονα μικρές γωνίες υστέρησης, κάτι το οποίο συνεπάγεται σε μειωμένη τριβή κατά την κίνηση. Τέλος, βρέθηκε θεωρητικά ότι οι σταγόνες νερού κυλίονται πάνω σε υδρόφοβες και υπερυδρόφοβες επιφάνειες, ενώ ταυτόχρονα η αύξηση του χρόνου εκτράχυνσης μειώνει το ποσοστό κύλισης κατά την κίνηση ενώ αυξάνει το ποσοστό ολίσθησης.