Superhydrofobe coating: verschil tussen versies

92 bytes verwijderd ,  9 maanden geleden
k
Botverzoek: weghalen van UTM-tags en referrers met AWB
(+ categorie)
k (Botverzoek: weghalen van UTM-tags en referrers met AWB)
 
Een '''superhydrofobe coating''' is een waterafwerende laag, die bestaat uit superhydrofobe materialen. Vaak bestaat deze uit [[Composiet (materiaal)|composiet materiaal]], waar de ene component zorgt voor ruwheid, en de andere component voor de lage oppervlakte-energie.
 
== Superhydrofobe oppervlakken ==
In 1805 heeft [[Thomas Young (wetenschapper)|Thomas Young]] het volgende verband gevonden<ref>{{Citeer web|url=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1805.0005|titel="An Essay on the Cohesion of Fluids"|bezochtdatum=29/04/2020|auteur=Young, T.|achternaam=Young|voornaam=T|datum=01 january 1805|uitgever=The Royal Society Publishing|taal=en}}</ref>:
:<math>\gamma_{SG} = \gamma_{SL} + \gamma_{LG}\cos(\theta)</math>
Met Young’s vergelijking kunnen we besluiten of een oppervlak hydrofoob of hydrofiel is. Als γ<sub>SG</sub> kleiner is dan γ<sub>SL</sub>, dan is de contacthoek > 90°, zodat het oppervlak van nature hydrofiel is. Omgekeerd, als γ<sub>SG</sub> groter is dan γ<sub>SL</sub> , dan is de contacthoek < 90°, zodat het oppervlak van nature hydrofoob is.<ref>{{Citeer boek|titel=A review on fundamentals, constraints and fabrication techniques of superhydrophobic coatings|auteurlink=|auteur=Amrita Hooda|medeauteurs=M.S.Goyat Jitendra ,Kumar Pandey ,Adesh Kumara ,Rajeev Gupta|taal=en|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300944019314572?fbclid=IwAR3xK72TlkwqC9HLYIIYCkFz6AR0m6sr88WRoF7qc-9C04HGS7_XjzdHUuc#!|uitgever=ScienceDirect|datum=|pagina's=|ISBN=}}</ref>
 
De ruwe oppervlakken met een lage oppervlakte-energie γ<sub>SG</sub> zorgen dus voor een hoge θ, en zijn eerder geschikt voor hydrofobe toepassingen.
 
== Materialen ==
De meest gebruikte materialen voor superhydrofobe coatings zijn de volgende:
 
* Polystyreen [[Mangaan(IV)oxide|mangaanoxide]] (MnO<sub>2</sub> / PS)
* Zinkoxide polystyreen (ZnO / PS) nano-composiet
* Neergeslagen [[calciumcarbonaat]]
 
* Silica nano-coating
* [[Koolstofnanobuis|Koolstof nanobuis]] structuren
 
=== Silica ===
Silica is het makkelijkst om te hanteren. Het is namelijk een gel waarin een object kan gedipt worden of kan gebruikt worden als spray. De doorzichtige super-hydrofobe coating kan gebruikt worden op ramen (glas in het algemeen), voertuigen en dergelijke.
 
=== Neergeslagen calciumcarbonaat ===
::Het combineren van de bekomen reactieproducten van de twee reacties, resulteert in het neerslaan van CaCO<sub>3</sub>:
:<chem>Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O</chem>
Aangezien het calciumcarbonaat eerst moet worden gedolven, kan het onzuiverheden bevatten. Door dit proces uit te voeren wordt het calciumcarbonaat gepurificeerd. Dit is de eerste reden waarom dit proces plaatsvindt. Bovendien wordt dit ook gedaan omdat het proces de stof toelaat om verschillende vormen van kristallen aan te nemen. De vormbepalende factoren zijn: temperatuur, druk, agitatie (bewegingsmogelijkheid). Elk kristal heeft verschillende fysische eigenschappen, zoals poederdensiteit bijvoorbeeld. De verschillende vormen van PCC kunnen als functioneel additief gebruikt worden bij rubber, plastiek en zelfs [[Adhesie|adhesieveadhesie]]ve stoffen. In het PCC proces kunnen de producten klein en uniform worden gemaakt met grote oppervlakten en hoge olie absorptiecapaciteit.  Het toevoegen van een vetzuur zorgt ervoor dat het stof zich meer kan verspreiden in een andere stof. Deze eigenschap kan worden gebruikt bij een superhydrofobe coating. Wordt er bij een poreuze stof een PCC met organische stof aangebracht, dan zal de PCC zich als een waterafstotende stof gedragen. Bovendien zorgt het toevoegen van een organische stof ook voor een verhoogde compatibiliteit met de stof waarop de PCC wordt aangebracht. De werking wordt op die manier geoptimaliseerd.
 
== Toepassingen ==
 
=== Weerstandsvermindering<ref>{{Citeer boek|titel=Experimental investigation of viscous drag reduction of superhydrophobic nano-coating in laminar and turbulent flows|auteurlink=|auteur=Kh.Moaven|medeauteurs=M. Rad, M.Taebi-Rahni|taal=en|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0894177713001787|uitgever=ScienceDirect|datum=November 2013|pagina's=|ISBN=}}</ref>===
De vlieg-, voer- en vaartuigindustrie worden superhydrofobe coatings gebruikt om CO<sub>2</sub> verbruikt te verminderen. De vlieg-, voer-, en vaartuigen verplaatsen verplaatsen zich door lucht en/of water. De lucht en het water bieden een weerstand, de tegenwerkende kracht. Als men deze kracht kan verminderen dan zal de motor ook een minder grote tegenwerkende kracht moeten overwinnen.
 
Door een superhydrofobe coating laag aan te brengen zullen de contacthoeken met het water met het [[Substraat (biochemie)|substraat]] (bv. Carrosserie bij voertuigen) vergroten tot rond de 160°. De waterdruppels zullen hierdoor een meer sferische vorm hebben en zullen makkelijker van het substraat afrollen. Dit biedt een kleinere weerstandscoëfficiënt aan, waardoor de tegenwerkende kracht proportioneel mee zal verkleinen, daar deze laatste een lineaire functie is van de weerstandscoëfficiënt.
 
=== Zelfreinigende oppervlakken<ref>{{Citeer boek|titel=Recent Advances in durability of superhydrophobic self-cleaning technology: A critical review|auteurlink=|auteur=Sanjeev P. Dalawai|medeauteurs=Mohamed Aly Saad Aly, Sanjay S. Latthe, Ruimin Xing, Rajaram S. Sutar, Saravanan Nagappan, Chang-Sik Ha, Kishor Kumar Sadasivuni, Shanhu Liu|taal=en|url=Sanjeev P. Dalawai, Mohamed Aly Saad Aly, Sanjay S. Latthe, Ruimin Xing, Rajaram S. Sutar, Saravanan Nagappan, Chang-Sik Ha, Kishor Kumar Sadasivuni, Shanhu Liu, Progress in organic coatings 138 (2020), Recent Advances in durability of superhydrophobic self-cleaning technology: A critical review. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300944019306605?via%3Dihub|uitgever=|datum=January 2020|pagina's=|ISBN=}}</ref> ===
Superhydrofobe coatings kunnen ook gebruikt worden om voordeel te nemen uit het “self-cleaning” aspect van de coating. Deze toepassing zorgt ervoor dat oppervlakken waarop de coating wordt aangebracht proper worden gehouden.
 
Self-Cleaning Technology (SCT) wordt gebruikt bij o.a. [[Zonnepaneel|zonnepanelen]] of de voorruit van een auto. Dit is nodig om, in het eerste geval, het energiewinnende proces te maximaliseren (hoe vuiler de zonnepanelen, hoe minder zonne-energie deze kunen opnemen), of, in het tweede geval, ervoor te zorgen dat de transparantie van de ruiten niet wordt aangetast.
 
SCT houdt in dat de waterdruppels, die worden afgestoten door de coating, de vuiligheden die zich vormen op het substraat kunnen verwijderen. De grootste moeilijkheden voor deze toepassing zijn duurzaamheid en stabiliteit. Hiermee wordt bedoeld dat SCT zijn functie kan verliezen wanneer er zich te extreme omstandigheden voordoen gedurende een al dan niet lange periode. Een oplossing voor deze moeilijkheden werd en wordt deze jaren grondig onderzocht, en superhydrofobe lagen worden dus op dit aspect, en vele andere, met de jaren telkens verbeterd.
 
== Referentie ==
73.749

bewerkingen