Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نيرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Torkian
مهدي ترکيان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Effect of Laser Ablation of Pure Aluminum Surface on its Features Wettability with Water and Oil
urface engineering is the change in material properties on surfaces. One of the applications of this science is construction of super hydrophobic surfaces. when the drop falls on the surface of the water , it becomes spherical and easily applied to the surface. it has been iired from nature. Super Hydrophobic Surfaces (SHS) were first time discovered by exploring the microstructure of lotus leaf , which is contrary to its smooth appearance at micro and nano scale. in this research , laser Ablation was used to achieve this structure. The generation of periodic surface structures in micro and nano scale using ultra - short pulsed lasers is a new technique that has recently been used to improve different surface properties such as wettability (superhydrophobic and super hydrophilic surfaces), lubrication and optical properties change (optical absorption and optical reflection control) and other physical and chemical properties. in contrast to nanolitogeraphi methods , in this method, the surface structure of interest is created by Laser Ablation on the surface and there is no need to use mask, deposition, and secondary processing processes . when a short pulsed laser is used for laser Ablation , the energy in the shortest possible time and before transmission to bulk material will lead to Ablate. Ultra - short pulsed lasers can be used without any thermal effect on adjacent bulk materials to process surface materials. wettability is related to contact angle and is divided into two categories: hydrophilic and hydrophobic Two important parameters in wettability, roughness and surface energy. surface roughness in micrometer dimension makes air trapping between them and low surface energy makes repulsion force against droplets. in order to achieve the minimum of surface energy in the pure aluminum and remove chemical solutions , the thermal process with low temperature (200 C) and low time (6 hr) was used . in order to obtain surface water repellency ,the 157 degree of contact angle and 6 degree hysteresis contact angle and oleophobic of contact angle 148 degree were determined. in this method, reducing the time of arrival from super hydrophobic surfaces after heat processing is clearly perceptible ,so that the time of reaching this feature in air atmosphere has decreased from 480 hours to 6 hours in oven . adsorption of organic compounds in air atmosphere on aluminum surfaces makes to decrease surface tension of aluminum . since production of these surfaces requires a long time. The present method can be a potential for reducing the production time of these SHS.
زماني­که قطره بر روي يک سطح فوق آب­گريز قرار مي­گيرد، به حالت کروي درآمده و به‌راحتي روي سطح مي­لغزد. اين خاصيت موجب حذف آلودگي­هاي سطح بدون رخ دادن هيچ­گونه واکنش شيميايي بين آلودگي و مواد موجود در سطح مي­شود. سطوح فوق آب­گريز اولين بار با کشف ريزساختار برگ نيلوفر آبي، که برخلاف ظاهر صافش در مقياس نانو و ميکرو زبر است، مورد توجه قرار گرفتند. دو پارامتر مهم و اساسي در ترشوندگي سطوح، زبري و انرژي سطحي آنهاست. زبري سطوح در ابعاد ميکرو و نانومتري باعث به تله افتادن هوا شده و انرژي سطحي کم باعث ايجاد نيروي دافعه در مقابل قطرات مي­شود. روش­هاي مختلفي براي ايجاد سطوح آب­گريز و فوق آب­گريز پيشنهاد شده است. در روش­هاي مبتني بر زبري، ايجاد ساختار سلسله مراتبي بروي سطح و در روش­هاي مبتني بر انرژي سطحي، عموما پوشش سطح با عناصر فلوئوردار مورد توجه قرار مي­گيرد. در اين پژوهش براي رسيدن به سطح آلومينيوم خالص آب­گريز با ساختاري با زبري­هايي در مقياس نانو و ميکرو از سايش ليزري (کندوسوز) استفاده شد. در اين روش، زماني­که از پالس­هاي ليزر فوق­کوتاه براي سايش ليزري استفاده مي­شود، انرژي در کوتاه­ترين زمان ممکن و قبل از انتقال به ماده بالک منجر به وقوع کندوپاش (سايش ليزر) خواهد شد. در نتيجه ليزرهاي فوق کوتاه پالسي مي­توانند بدون تأثير حرارتي بر عمق ماده، براي پردازش سطح آن استفاده شوند. نتايج نشان داد که با افزايش فرکانس ليزر، زبري در سطح افزايش مي­يابد که باعث افزايش زاويه تماس قطره آب با سطح فلز شد. همچنين افزايش طول­گام ليزر باعث بيشتر شدن فاصله بين ميکرو ساختار روي سطح گرديد که از تعداد ميکرو ساختار در واحد سطح مي­کاهد و همين امر موجب کاهش در زاويه تماس شد. علاوه بر اين، مشاهده شد که پس از عمليات سايش ليزري تمام سطوح خاصيت فوق آب­دوستي به­دست آوردند. براي رسيدن به خصوصيات آب‌گريزي از طريق کاهش انرژي سطحي فلز آلومينيوم، از فرآيند حرارتي با درجه حرارت پايين 200 درجه سانتي­گراد و مدت زمان 6 ساعت استفاده شد. اين عمليات منجر به‌دستيابي به سطوحي با خاصيت فوق آب‌گريزي با زاويه تماس 157 درجه و زاويه تماس هيسترزيس 6 درجه و خاصيت روغن­گريزي با زاويه تماس 148 درجه، شد. در اين روش کاهش زمان رسيدن از سطوح فوق آب­دوست پس از فرآيند ليزر به سطوح فوق آب­گريز پس از فرآيند حرارتي به وضوح محسوس است به‌طوري­که مدت زمان رسيدن به ويژگي فوق آب‌گريزي در اتمسفر هوا از 480 ساعت به 6 ساعت درون آون، کاهش يافت. جذب ترکيبات آلي و مواد اورگانيسم موجود در اتمسفر هوا بر روي سطوح فلز آلومينيوم دليلي بر کاهش کشش سطحي آلومينيوم تشخيص داده شد. از آنجايي­که توليد اين سطوح به ­روش­هاي معمول نياز به مدت زمان طولاني دارد، روش حاضر داراي پتانسيل بالقوه­اي براي کاهش زمان توليد اين سطوح مي­باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی