23162

بررسي عوامل موثر در ضديخ نمودن پوشش‌هاي نانوساختار بر پايه اكسيد قلع

كارشناسي ارشد

صنايع شيميايي معدني

1396-1399

1399/8/27

دكتر رضا نوروزبيگي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

تشكيل يخ همواره در بسياري از مناطق سردسير جهان منجر به مشكلات ايمني و اقتصادي شده است. جهت مقابله با مشكلات تشكيل يخ دو روش مستقيم و غيرمستقيم امكان‌پذير است. روش‌هاي مستقيم شامل سيستم‌هاي حرارتي و مكانيكي بوده كه به علت مصرف انرژي بالا و ناسازگاري با طبيعت مناسب نمي‌باشند. به همين جهت در سال‌هاي اخير توجه محققين به روش‌هاي غيرمستقيم مانند ايجاد پوشش‌هاي نانو ساختار بر روي سطوح با خاصيت ضديخ و يخ‌گريزي جلب شده است. در اين پژوهش از فويل مسي به عنوان زيرلايه استفاده شده كه پس از فرآيند اچ كردن با روش‌هاي مختلف، بذرلايه‌اي از جنس اكسيد مس بر روي سطح ايجاد شده است. پوشش‌دهي سطح نيز با اكسيد قلع به كمك روش هيدروترمال انجام گرفت. به منظور تنظيم خواص فوق آب‌گريزي سطح از استئاريك اسيد استفاده گرديد. مشخصه‌يابي پوشش‌هاي سنتز شده با استفاده از آناليزهاي پراش‌سنجي پرتو ايكس، طيف‌سنجي مادون قرمز، ميكروسكوپ الكتروني گسيل ميداني و طيف‌سنجي پخشي انرژي پرتو ايكس صورت پذيرفت. از طراحي آماري تاگوچي براي بررسي عوامل موثر بر تهيه پوشش نانوساختار ضديخ استفاده شد. نوع روش اچ كردن، نسبت مولي اوره به كلريد قلع و زمان واكنش عوامل بررسي شده در طراحي تاگوچي بوده‌اند. همچنين بررسي‌هاي اثر يك فاكتور در يك زمان نيز در دستور كار قرار گرفت. نتايج آناليز تاگوچي نشان داد كه نمونه‌ بهينه، با شرايط آزمايشي اچ كردن با سديم هيدروكسيد، نسبت مولي اوره به كلريد قلع 5/2 برابر و زمان 2 ساعت تعيين شده و داراي خواص فوق آب‌گريز با زاويه تماس42°/1 ± 4°/163بوده است. جهت تعيين ميزان پايداري شيميايي، نمونه سنتز شده در شرايط بهينه به مدت چهار روز در محيط‌هاي اسيدي و بازي قرار گرفته شده است. پايداري شيميايي نمونه بهينه در محيط هاي بازي بهتر از محيط‌هاي اسيدي بوده است درصورتيكه زاويه تماس براي نمونه‌هاي غوطه‌ور شده در محيط‌هاي بازي با شدت بيشتري كاهش يافته است. به منظور بررسي كاربرد پوشش‌هاي ساخته شده در مقابله با تشكيل و انباشت يخ، از آزمايش تأخير در انجماد قطره‌ آب بر روي سطح و آناليز ميزان پايداري پوشش‌هاي ضديخ در دماي 10- درجه سانتي‌گراد استفاده شد. نتايج نشان داد كه قطرات آب بر روي پوشش ايجاد شده پس از 44 ثانيه به صورت كروي يخ زده و به آساني از روي سطح جدا مي‌شوند. نمونه‌ي پوشش يافته نيز پس از 10 سيكل پيوسته‌ي يخ‌زدايي با زاويه تماس 28°/11 ± ° 7/143 داراي عملكردي مطلوب در مقابله با تشكيل يخ مي‌باشد.

1399/11/19

Investigation of effective parameters on the fabrication of anti-icing nanostructured coatings based on tin oxide

11/17/2020 12:00:00 AM

Ice formation has always led to safety and economical problems in many cold regions of the world. Two active and passive methods are possible to deal with the problems of ice formation. Active methods including thermal and mechanical systems are not suitable due to high energy consumption and incompatibility with nature. Therefore, in recent years, using passive methods such as fabrication of nanostructured coatings with anti-icing and icephobic properties have attracted great interest from researchers. In this study, copper foil was used as a substrate and after etching by different methods, a seed layer of copper oxide was created on the surface. The surface was coated with tin oxide by hydrothermal method. The coated sample was also modified using stearic acid. Coated surfaces were characterized using X-ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Field Emission Electron Microscopy (FESEM) and Energy Dispersive X-Ray (EDX) analyzes. Taguchi statistical design was used to investigate the influences of synthesis of parameters on the preparation of anti-icing nanostructured coatings. Etching method, molar ratio of urea to tin chloride and reaction time were the factors considered in Taguchi design. Studies of the effect of one factor at a time were also on the agenda. The results of Taguchi analysis showed that the optimal sample, with experimental conditions of etching with sodium hydroxide, the molar ratio of 2.5 times urea to tin chloride and the 2 hours of reaction time, is a superhydrophobic coating with a contact angle of 163.4°± 1.42° . To determine the degree of chemical stability, the optimum synthesized sample was placed in acidic and alkaline environments for four days. The chemical stability of the optimal sample in alkaline environments was better than acidic environments. However, the contact angle of samples immersed in alkaline environments was reduced more sharply. In order to investigate the application of coatings made against ice formation and accumulation, a delay test for freezing water droplets on the surface and the durability of anti-icing coatings at -10 ° C were used. The results showed that water droplets on the coating were frozen spherically after 44 seconds and were easily removed from the surface. The coated sample, after 10 consecutive icing cycles, with a contact angle of 143.7° ± 11.28° still had a good performance against ice formation.

ضديخ , فوق آب‌گريز , اكسيد قلع , روش هيدروترمال

Anti-icing , superhydrophobic , tin oxide , hydrothermal method