aalto1 untyped-item.component.html
Effect of condensation on droplet pinning for a smooth hydrophobic surface
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
SCI3028
Degree programme
Language
en
Pages
33
Series
Abstract
Wetting is a complex phenomenon that describes how a liquid interacts with a solid surface, playing a crucial role in various natural processes and technological applications. Wetting behaviour is commonly quantified through the contact angle, which represents the angle between the liquid’s surface and the solid substrate at the three-phase contact line. The contact angle provides important insights into the surface’s properties.
The most widely used technique for measuring contact angles is contact angle goniometry, an optical method in which the shape of a droplet placed on a surface is captured and analysed using mathematical models. This method allows for the determination of advancing and receding contact angles, as well as, sliding angles. However, despite the simplicity of this method, it still faces challenges and has limitations, especially on smooth hydrophobic surfaces.
The aim of this thesis is to study the attachment and surface forces on smooth hydrophobic surfaces by incorporating condensation as a new parameter into contact angle measurements. This research focuses on comparing droplets formed by condensation with those deposited from bulk water, specifically analysing how condensation impacts the contact angle in sliding angle measurements and the overall droplet mobility. The study investigates the effect of surface preparation, focusing on OTS-SAM (octadecyltrichlorosilane) coated surfaces with different deposition times. Initial exploratory measurements were conducted in July to verify the measurement setup, followed by refined measurements in August and September.
The results of the study reveal that condensed droplets exhibit lower sliding angles compared to droplets deposited from bulk water, suggesting that condensation reduces pinning effects and facilitates droplet movement. This finding was contrary to the initial hypothesis, indicating that condensation may actually promote droplet mobility, rather than hinder it. However, the results also raise questions regarding the quality of the surface coatings and the effect of previously wetted surfaces. The results deepen the understanding of the role of condensation in wetting phenomena, particularly on smooth hydrophobic surfaces, and assess the impact of surface structure on droplet attachment. This thesis also provides suggestions for future measurements and improvements.
Kastuminen on monitahoinen ilmiö, joka kuvaa nesteen vuorovaikutusta kiinteän pinnan kanssa. Kastuminen on keskeinen tekijä luonnossa erilaisissa biologisissa systeemeissä sekä monissa teknologisissa sovelluksissa. Pinnan kastumista mitataan tyypillisesti kontaktikulmalla, joka kuvaa nesteen, kiinteän pinnan ja kaasun välistä kulmaa kolmoisfaasirajassa. Kontaktikulman suuruus kertoo pinnan ominaisuuksista.
Tyypillisin kontaktikulmien mittaamiseen käytetty menetelmä on optinen kontaktikulmamittaus, jossa pinnalle asetetun nestepisaran muotoa analysoidaan visuaalisesti ja matemaattisia malleja pisaran muotoon sovittamalla. Tämän menetelmän avulla voidaan määrittää sekä etenevät ja taantuvat kontaktikulmat että liukukulmat. Huolimatta menetelmän yksinkertaisuudesta, siihen liittyy edelleen haasteita ja rajoituksia, erityisesti sileillä hydrofobisilla pinnoilla.
Tämän kandidaatintyön tavoite on tutkia nestepisaran ja pinnan välistä kiinnittymistä sekä niiden välisiä voimia. Kiinnittymistä tutkitaan sileillä hydrofobisilla pinnoilla ja kontaktikulmamittauksiin sisällytetään tiivistyminen uutena parametrina. Tässä tutkimuksessa vertaillaan tiivistymisen kautta muodostuneiden pisaroiden ja puhtaasta vedestä pinnalle pudotettujen pisaroiden kontaktikulmia. Vertailu tapahtuu liukukulmamittausten kautta, joiden avulla saadaan myös tietoa tiivistymisen vaikutuksista pisaran liikkuvuuteen. Tutkimuksessa käytetyt mittauspinnat ovat erilaisilla OTS-SAM kerrostusajoilla pinnoitettuja levyjä, joiden vaikutusta kontaktikulmiin halutaan myös mitata. Lopullisia mittauksia varten tehdään alustava mittaussarja heinäkuussa, jonka avulla varmistetaan sopiva mittausasetelma ja tarkennetut mittaukset suoritetaan elo-syyskuussa parannetulla mittausasetelmalla.
Tutkimuksen tuloksista huomataan, että ne ovat päinvastaisia hypoteesiin nähden. Tiivistymisellä muodostuneilla pisaroilla on pienemmät liukukulmat verrattuna nesteestä suoraan pudotettuihin pisaroihin. Tulos viittaisi siihen, että tiivistyminen vähentää pintakiinnitystä ja näin ollen helpottaa pisaroiden liukumista pinnalla. Toisaalta tulosten pohjalta herää kysymys mittauspintojen kerrostuksen laadusta sekä jo kertaalleen kastuneen pinnan vaikutuksesta kontaktikulman suuruuteen. Tulosten avulla voidaan syventää ymmärrystä tiivistymisen roolista kastumisilmiössä, erityisesti sileillä hydrofobisilla pinnoilla, arvioida mittauspinnan rakenteen vaikutusta pisaran kiinnittymiseen sekä miettiä kehitysehdotuksia uusia mittauksia varten.