물에 대하여 150도 이상의 접촉각을 가지는 극소수성 과 같은 초젖음성 표면은 자가세정, 방식, 방빙 및 유체의 마찰저항 감소 특성을 갖기 때문에 산업적으로 잠재적 활용 가치가 매우 높다. 하지만 극소수성 표면은 극소유성의 성질을 가지지 못하여 물보다 표면장력이 낮은 기름과 유기 용매 용액에 쉽게 오염되어 기능을 잃게 되며 이로 인해 물 이외에 다른 용액이 사용되는 분야에서는 사용이 불가능하다. 이를 극복하기 위해 개발된 표면ㅇ이 극소유성 표면으로 물 이외에 표면장력이 낮은 기름 및 유기 용매 등에도 150도 이상의 접촉각을 가지고 젖지 않는 표면을 말한다. 다양한 용액에도 젖지 않는 특성을 가지고 있어 극소성 표면이 가지고 있는 표면의 기능을 물이 아닌 다른 용액이 사용되는 분야에서도 적용이 가능하여 산업적 응용분야가 광범위하다. 하지만 그 만큼 높은 수준의 제작 기술을 요한다. 본 논문에서는 금속 기반의 재료에 극소유성 표면을 제작하는 방법과 개발된 극소유성 표면의 응용 사례를 기술하였다. 제 1장에서는 알루미늄을 화학적 ...
물에 대하여 150도 이상의 접촉각을 가지는 극소수성 과 같은 초젖음성 표면은 자가세정, 방식, 방빙 및 유체의 마찰저항 감소 특성을 갖기 때문에 산업적으로 잠재적 활용 가치가 매우 높다. 하지만 극소수성 표면은 극소유성의 성질을 가지지 못하여 물보다 표면장력이 낮은 기름과 유기 용매 용액에 쉽게 오염되어 기능을 잃게 되며 이로 인해 물 이외에 다른 용액이 사용되는 분야에서는 사용이 불가능하다. 이를 극복하기 위해 개발된 표면ㅇ이 극소유성 표면으로 물 이외에 표면장력이 낮은 기름 및 유기 용매 등에도 150도 이상의 접촉각을 가지고 젖지 않는 표면을 말한다. 다양한 용액에도 젖지 않는 특성을 가지고 있어 극소성 표면이 가지고 있는 표면의 기능을 물이 아닌 다른 용액이 사용되는 분야에서도 적용이 가능하여 산업적 응용분야가 광범위하다. 하지만 그 만큼 높은 수준의 제작 기술을 요한다. 본 논문에서는 금속 기반의 재료에 극소유성 표면을 제작하는 방법과 개발된 극소유성 표면의 응용 사례를 기술하였다. 제 1장에서는 알루미늄을 화학적 식각 공정과 양극산화 공정을 통하여 얻어진 마이크로큐빅/나노와이어 구조와 소수성폴리머 코팅을 이용하여 극소유성 알루미늄 표면을 제작하였다. 화학적 식각 공정과 양극산화의 공정 조건에 따른 표면 구조이 변화를 관찰하였으며, 소수성 폴리머 코팅 후에 표면 구조에 따른 젖음성 변화를 분석하였다. 최적의 표면 거칠기 조건을 가지는 화학적 식각 공정 조건을 확립하였으며 최적의 극소유성 성질을 가지는 양극산화 조건을 확립하여 최종적으로 21.1 mN/m의 표면장력을 가지는 옥탄 유기용매에서도 극소유성을 가지는 표면을 제작하였다. 제 2장에서는 아연 금속에 30mN/m이하의 표면장력 용액인 헥사디케인에 대하여 극소유성을 가지는 요각 구조의 표면을 제작하는 방법을 서술하였다. 편리한 제작 방식을 개발하기 위해 양극산화 단일 공정을 통해 나노와이어/마이크로볼의 요각구조 제작방법을 개발하였으며 단분자막 코팅을 통해 극소유성의 표면을 제작을 달성하였다. 제 3장에서는 극소유성 표면의 새로운 응용분야인 sessile drop 방식을 이용한 다양한 용액의 표면 장력 측정의 정확도 향상 연구를 서술하였다. Sessile drop 방식의 표면장력 측정 기술은 간단하고 효율적인 측정으로 알려져 있다. 하지만 정확도를 향상시키기 위해서는 측정할 용액의 액적을 구체의 형상으로 측정기판 위에 올려놓아야 한다. 본 장에서는 극소유성 표면을 이용하여 표면 장력이 낮은 용액의 표면장력 측정 정확도를 향상시키는 방법을 제안하였다. 다양한 젖음성의 표면을 제작하여 측정 기판의 젖음성에 따른 표면장력 측정 정확도를 비교하였다.
물에 대하여 150도 이상의 접촉각을 가지는 극소수성 과 같은 초젖음성 표면은 자가세정, 방식, 방빙 및 유체의 마찰저항 감소 특성을 갖기 때문에 산업적으로 잠재적 활용 가치가 매우 높다. 하지만 극소수성 표면은 극소유성의 성질을 가지지 못하여 물보다 표면장력이 낮은 기름과 유기 용매 용액에 쉽게 오염되어 기능을 잃게 되며 이로 인해 물 이외에 다른 용액이 사용되는 분야에서는 사용이 불가능하다. 이를 극복하기 위해 개발된 표면ㅇ이 극소유성 표면으로 물 이외에 표면장력이 낮은 기름 및 유기 용매 등에도 150도 이상의 접촉각을 가지고 젖지 않는 표면을 말한다. 다양한 용액에도 젖지 않는 특성을 가지고 있어 극소성 표면이 가지고 있는 표면의 기능을 물이 아닌 다른 용액이 사용되는 분야에서도 적용이 가능하여 산업적 응용분야가 광범위하다. 하지만 그 만큼 높은 수준의 제작 기술을 요한다. 본 논문에서는 금속 기반의 재료에 극소유성 표면을 제작하는 방법과 개발된 극소유성 표면의 응용 사례를 기술하였다. 제 1장에서는 알루미늄을 화학적 식각 공정과 양극산화 공정을 통하여 얻어진 마이크로큐빅/나노와이어 구조와 소수성 폴리머 코팅을 이용하여 극소유성 알루미늄 표면을 제작하였다. 화학적 식각 공정과 양극산화의 공정 조건에 따른 표면 구조이 변화를 관찰하였으며, 소수성 폴리머 코팅 후에 표면 구조에 따른 젖음성 변화를 분석하였다. 최적의 표면 거칠기 조건을 가지는 화학적 식각 공정 조건을 확립하였으며 최적의 극소유성 성질을 가지는 양극산화 조건을 확립하여 최종적으로 21.1 mN/m의 표면장력을 가지는 옥탄 유기용매에서도 극소유성을 가지는 표면을 제작하였다. 제 2장에서는 아연 금속에 30mN/m이하의 표면장력 용액인 헥사디케인에 대하여 극소유성을 가지는 요각 구조의 표면을 제작하는 방법을 서술하였다. 편리한 제작 방식을 개발하기 위해 양극산화 단일 공정을 통해 나노와이어/마이크로볼의 요각구조 제작방법을 개발하였으며 단분자막 코팅을 통해 극소유성의 표면을 제작을 달성하였다. 제 3장에서는 극소유성 표면의 새로운 응용분야인 sessile drop 방식을 이용한 다양한 용액의 표면 장력 측정의 정확도 향상 연구를 서술하였다. Sessile drop 방식의 표면장력 측정 기술은 간단하고 효율적인 측정으로 알려져 있다. 하지만 정확도를 향상시키기 위해서는 측정할 용액의 액적을 구체의 형상으로 측정기판 위에 올려놓아야 한다. 본 장에서는 극소유성 표면을 이용하여 표면 장력이 낮은 용액의 표면장력 측정 정확도를 향상시키는 방법을 제안하였다. 다양한 젖음성의 표면을 제작하여 측정 기판의 젖음성에 따른 표면장력 측정 정확도를 비교하였다.
The fabrication of superwettable surfaces such as a superhydrophobic surface, displaying contact angles with water (72.0 mN/m of surface tension) greater than 150°, has attracted considerable attention because of their potential industrial applications, such as self-cleaning surfaces, anti-corrosion...
The fabrication of superwettable surfaces such as a superhydrophobic surface, displaying contact angles with water (72.0 mN/m of surface tension) greater than 150°, has attracted considerable attention because of their potential industrial applications, such as self-cleaning surfaces, anti-corrosion surfaces, anti-ice coatings for heat exchangers, and drag-reduction surfaces. However, the superhydrophobic surface may not also be a superoleophobic surface. For instance, a liquid with a markedly lower surface tension such as hexadecane, 27.1 mN/m of surface tension, spreads rapidly across the surface, giving a contact angle of ~0°. Superoleophobic surfaces are defined as surfaces on low surface tension liquids like oil that have a contact angle greater than 150°. Because superhydrophobic surfaces can be easily lost for low surface tension liquids, and so superoleophobic surfaces can be said to have much wider potential applications than superhydrophobic surfaces, for applications using low surface tension liquids, such as crude oil transfer and fluid power system. However, superoleophobic surfaces are difficult to fabricate compared to superhydrophobic surfaces. This dissertation presents fabrication methods and application for superoleophobic surfaces on metal substrates. Chapter 1 describes the fabrication method of superoleophobic surfaces on aluminum substrates having microcubic/nanowire structures even for low surface tension liquids including octane (21.1 mN/m of surface tension). To understand the influence of surface structures on the oleophobicity, the fabrication method was developed to achieve superoleophobic surfaces on aluminum substrate using chemical etching, anodization and fluorination treatment. The liquid repellency of the structured surface was validated through observable experimental results, the contact angle and sliding angle measurements. The etching condition required to ensure high surface roughness was established, and an optimal anodizing condition was determined, as a critical parameters in building the superoleophobicity. The microcubic structures formed by acid etching are essential for achieving the formation of the hierarchical structure, and therefore, the nanowire structures formed by anodization lead to an enhancement of the superoleophobicity for low surface tension liquids. Chapter 2 describes the fabrication method of superoleophobic surfaces on zinc substrated having re-entrant structure even for lower surface tension liquids than 30 mN/m including hexadecane (27.5 mN/m of surface tension). The convenient method was developed to achieve superoleophobic surfaces on zinc substrates using anodization and self-assembled monolayer coating. Optimal anodizing condition was determined, as critical parameter in building the superoleophobicity. The re-entrant having nanowire/microball structures formed by anodization with high voltage. Under optimized morphology by re-entrant structures with fluorination treatment, the contact angle over 150˚ is achieved even for hexadecane. Chapter 3 propose the application of superoleophobic surface for measurement of surface tension of various liquids by a sessile drop method. The sessile drop method provides a simple and efficient method of determining the surface tension of various liquids. However, despite its appealing simplicity, there are complications and limitations, it must dispense spherical droplets with low surface tension. This chapter describe a method of measuring surface tension using the sessile drop method with superoleophobic surfaces fabricated by acidic etching and anodization for liquids with low surface tension and investigate the accuracy of the measurement by changing the wettability of the measuring plate surface.
The fabrication of superwettable surfaces such as a superhydrophobic surface, displaying contact angles with water (72.0 mN/m of surface tension) greater than 150°, has attracted considerable attention because of their potential industrial applications, such as self-cleaning surfaces, anti-corrosion surfaces, anti-ice coatings for heat exchangers, and drag-reduction surfaces. However, the superhydrophobic surface may not also be a superoleophobic surface. For instance, a liquid with a markedly lower surface tension such as hexadecane, 27.1 mN/m of surface tension, spreads rapidly across the surface, giving a contact angle of ~0°. Superoleophobic surfaces are defined as surfaces on low surface tension liquids like oil that have a contact angle greater than 150°. Because superhydrophobic surfaces can be easily lost for low surface tension liquids, and so superoleophobic surfaces can be said to have much wider potential applications than superhydrophobic surfaces, for applications using low surface tension liquids, such as crude oil transfer and fluid power system. However, superoleophobic surfaces are difficult to fabricate compared to superhydrophobic surfaces. This dissertation presents fabrication methods and application for superoleophobic surfaces on metal substrates. Chapter 1 describes the fabrication method of superoleophobic surfaces on aluminum substrates having microcubic/nanowire structures even for low surface tension liquids including octane (21.1 mN/m of surface tension). To understand the influence of surface structures on the oleophobicity, the fabrication method was developed to achieve superoleophobic surfaces on aluminum substrate using chemical etching, anodization and fluorination treatment. The liquid repellency of the structured surface was validated through observable experimental results, the contact angle and sliding angle measurements. The etching condition required to ensure high surface roughness was established, and an optimal anodizing condition was determined, as a critical parameters in building the superoleophobicity. The microcubic structures formed by acid etching are essential for achieving the formation of the hierarchical structure, and therefore, the nanowire structures formed by anodization lead to an enhancement of the superoleophobicity for low surface tension liquids. Chapter 2 describes the fabrication method of superoleophobic surfaces on zinc substrated having re-entrant structure even for lower surface tension liquids than 30 mN/m including hexadecane (27.5 mN/m of surface tension). The convenient method was developed to achieve superoleophobic surfaces on zinc substrates using anodization and self-assembled monolayer coating. Optimal anodizing condition was determined, as critical parameter in building the superoleophobicity. The re-entrant having nanowire/microball structures formed by anodization with high voltage. Under optimized morphology by re-entrant structures with fluorination treatment, the contact angle over 150˚ is achieved even for hexadecane. Chapter 3 propose the application of superoleophobic surface for measurement of surface tension of various liquids by a sessile drop method. The sessile drop method provides a simple and efficient method of determining the surface tension of various liquids. However, despite its appealing simplicity, there are complications and limitations, it must dispense spherical droplets with low surface tension. This chapter describe a method of measuring surface tension using the sessile drop method with superoleophobic surfaces fabricated by acidic etching and anodization for liquids with low surface tension and investigate the accuracy of the measurement by changing the wettability of the measuring plate surface.
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