Гидрофобизация поверхности это: ☂Гидрофобизаторы: назначение, характеристики, сфера применения

Содержание

технология водоотталкивающей пропитки. Устройство гидрофобизирующей пропитки для бетона, кирпича, камня.

Технология Гидрофобизации - устройства водоотталкивающей пропитки для бетона, камня, кирпича и т.п.

Применяется материал: Элакор-МБ4 - Гидрофобизатор для бетона

Область применения.
Гидрофобизация (гидрофобизирующая пропитка) поверхностного слоя капиллярно пористых материалов: бетон, кирпич, камень натуральный и искусственный, шифер и т.д.

Для эксплуатации в помещениях и на открытом воздухе.

1. Общие требования, рекомендации.

  • Влажность поверхности - не более 6мас.%.
  • Температура проведения работ (воздуха и поверхности) от +5°С до +25°С.
  • Относительная влажность – не нормируется.
  • Выдержка бетона после укладки до обработки не менее 21 суток.
  • Нанесение: валиками или кистями.
  • Держите тару с материалом плотно закрытой.

2. Подготовка поверхности. Удалить грязь, пыль, старую краску, масляные загрязнения, рыхлые участки и т.п.

3. Подготовка материала к работе. Гидрофобизатор перемешать.

4. Гидрофобизация поверхности.
Равномерно наносить Гидрофобизатор на поверхность.

Если наносится на горизонтальную поверхность, следить, чтобы гидрофобизатор НЕ собирался в лужи.
Нанести 1-й слой. Расход 0,2-0,25л/м². Сушка 10-15мин. (Технология «мокрый по мокрому»).
Нанести 2-й слой. Расход 0,15-0,2л/м².
Через 12-24ч проверить эффект гидрофобизации (полить на поверхность воды – вода должна скатываться шариками). Если эффект не наступил, нанести ещё один слой материала.

Для улучшения эксплуатационных характеристик и увеличения срока службы пропитки для бетона (кирпича, камня) рекомендуется дополнительно нанести в 1 слой состав Элакор-МБ2 (расход 0,15-0,2л/м².).

5. После работы. Промыть инструмент водой.

6. Меры безопасности при работе.
Средства индивидуальной защиты при работе: х/б халаты или костюмы, обувь (подошва не нормируется), рукавицы х/б, резиновые перчатки, защитные очки. При попадании Гидрофобизатора на кожу – промойте это место водой. При попадании материала в глаза – тщательно промойте глаза большим количеством проточной воды.

7. Гидрофобизатор Элакор-МБ4. Негорюч. Пожаробезопасен, взрывобезопасен.
В составах используются исключительно водные системы.
Не содержит органических растворителей.

Элакор – пропитка для бетона – все варианты.

29нбр14

Гидрофобизация фасада

Чтобы противостоять разрушению, продлить долговечность здания без ущерба его эксплуатационных характеристик, выполняется гидрофобизация.

Гидрофобизация фасада — это защита от воздействия влаги на лицевую часть фасада здания, придание ему водоотталкивающих свойств и защита от появления высолов на поверхности. Эту процедуру можно проводить как для строящегося здания, так и для уже построенного, если предварительно отремонтировать фасад и удалить образовавшиеся высолы.

Гидрофобизация - самый эффективный и наиболее экономичный способ предохранения поверхности керамических и силикатных кирпичных, ячеистых бетонных стен от разрушительного воздействия влажного воздуха, проникающего в пористую структуру и заполняющего пустоты влагой.

При понижении температуры вода застывает в порах, давит на их стенки. Затем происходит процесс оттайки. Соли, находящиеся в материале стен, впитывают жидкость, разрушая кладку. Под действием солнечных лучей водно-солевой раствор испаряется, соли кристаллизуются, образуя гидрофильные образования значительного объема. Все эти процессы негативно влияют на кладку: портится внешний вид, появляется ее отслоение, образуются глубоких трещин и подтеки, как на строительном материале, так и на штукатурном слое. Ржавчина постепенно «съедает» металлические конструкции внутри облицовки.

Еще один признак недостаточной защиты фасадов — образование многочисленных высолов. Простая механическая обработка струей воды пятнистых мест не эффективна и приводит к излишнему увлажнению фасада. Повышение влажности стен всего на 10% провоцирует потери половины их теплозащитных свойств, существенно охлаждает дом. В таких случаях гидрофобизация фасада материал стен не разрушает, а создает водоотталкивающую, незаметную визуально защиту. Поверхность покрывается глубоко проникающим веществом, предотвращающим проникновение влаги в структуру материала.

Гидрофобизаторы представляют собой специальные водоотталкивающие растворы, характеризующиеся хорошей адгезией с поверхностью фасадов. Входящие в их состав силоксаны, силиконаты, силаны наделяют вещество такими качествами, как воздухопроницаемость, морозоустойчивость, влагонепроницаемость. Пропитки обеспечат эффективную защиту, проникая на несколько сантиметров в поры.

Чтобы защитить пористые материалы, например, кирпич, нужно пропитать их водоотталкивающими средствами, в основу которых входят акрил либо кремний и органический компонент.

После обработки специальным составом фасад не будет намокать от атмосферных осадков, загрязняться, его станет легче очищать от пыли. Достаточно будет его просто помыть. Фасад, который не промокает, будет лучше удерживать тепло в пределах здания, т.е. пропитка обеспечит дополнительную теплоизоляцию. Также повысится уровень морозоустойчивости. На сухом фасаде не будет плесени, грибка и других влаголюбивых микроорганизмов, разрушающих стройматериал. На защищённом от влаги фасаде не будут появляться высолы. Кроме того, есть и чисто эстетическое достоинство гидрофобизации фасада: обработка подчеркнёт его цвет и структуру. Эффективной гидрофобизация фасада материала будет на протяжении 15 лет.

При гидрофобной обработке величина коэффициента паропроницаемости сохраняется, и здание «дышит», пропуская пар и газы. В отличие от гидроизолирующих поверхностей, когда поры материала полностью изолируются, находятся без доступа воздуха.

Актуальность гидрофобизации возникает там, где происходит многократное, но непродолжительное по времени (часы, сутки) воздействие влаги на поверхность. В случае организации защиты объекта, конструкции, испытывающих действие воды постоянно, используется метод гидроизоляции.

Производители предлагают различные гидрофобизаторы для обработки фасада. Лучше всего использовать составы с силиконом или кремнием, т.к. они лучше удерживают молекулы материала и создают гидролитическую стабильность, образуя длительный водоотталкивающий эффект. Силиконовый гидрофобизатор не препятствует воздухообмену фасада, поэтому здание продолжает «дышать».

К силиконовым гидрофобизаторам относятся водные эмульсии, органорастворимые и водорастворимые составы.

Для пропитки влажной поверхности фасада используют составы на основе смеси спирта и силикона, т.н. алки-лалкокси-силоксаны.

Для гидрофобизации фасада из камня используют и различные акриловые или полиэфирные жидкие шпаклевки. Смолы, входящие в их состав, создают гидрозащиту; эластичный раствор одновременно устраняет и маскирует неровности, сколы, трещины на поверхности камня.

Не все материалы подлежат гидрофобизации, а только те, которые впитывают воду. К таким стройматериалам относятся кирпич, бетон, газобетон, керамзитобетон, черепица, шлакоблоки, штукатурки на основе цементно-песчаной смеси и т.д.

Гидрофобизацию можно проводить путём простого нанесения состава с помощью кисти или распылителем на поверхность фасада, тогда это поверхностная гидрофобизация. Если производитель сам позаботился о защите стройматериалов и готовых плит от влаги ещё в процессе изготовления, то такую гидрофобизацию называют объёмной. Как правило, лучший эффект достигается, если сочетать сильные стороны обоих способов защиты фасада от влаги.

Защита фасада от влаги выполняется на финишном этапе отделки дома и наносится поверх облицовочного кирпича, камня, штукатурки, пр.

Гидрофобизирующие материалы подбираются для каждого конкретного случая в зависимости от выполняемых операций. Сначала оценивается состояние фасада. Результаты экспертизы влияют на выбор технологии предварительной очистки поверхности, ее подготовки. Создаются условия для работ: освобождается участок у стен, убираются кустарники, оцениваются возможности установки подъемных механизмов, пр.

При выполнении гидрофобизации фасада из камня для лучшей адгезии раствора с поверхностью ее нужно предварительно обработать: удалить, по возможности, загрязнения, отслоившуюся штукатурку, сдуть всю пыль. При необходимости фасад выравнивается, щели заделываются строительной смесью. Основание грунтуется. Если этого сделать не удается, то нужно ожидать появления со временем грибка и плесени.

Очень важно корректировать работы в зависимости от температуры окружающего воздуха. Качество обработки должно соответствовать нормативным требованиям.

Следуя инструкции производителя по нанесению гидрофобных растворов, производится обработка поверхностей. Распылителем, кистью или губкой наносится первый, глубоко проникающий слой защитной пропитки для камня. Работу оставляют на 1 -1,5 часа, а затем снова покрывают фасад слоем гидрофобизатора. При этом следят, чтобы не было подтеков, не оставалось капель.

как, чем и зачем она нужна + видеоурок

Всем известна пословица “вода камень точит”. Это в полной мере характеризует влагу, которая крайне негативно действует на состояние фасадной отделки, а также на стены из кирпича, бетона и других материалов. Особенно заметно повреждение поверхностей, покрытий и даже толстых слоев композитных материалов, когда вода соединяется с перепадами температуры. Гидрофобизация фасадов поможет избавиться от множества визуальных дефектов фасадных конструкций, а также способна сохранить показатели прочности на том же уровне, который создавался при реализации строительного проекта.

Чем опасна вода

Многим знакомы проявления действия влаги. В результате нарушения режима парообмена могут возникать:

  • плесень и грибковые образования как внутри здания, так и по наружной поверхности стен;
  • мокрые зоны, например, на стыках вертикальных стен и козырьков над балконами или лоджиями.

Самым неприятным является промерзание, которое тем интенсивнее, чем больше влаги набирает строительный или отделочный материал.
Также знакомым проявлением избыточного уровня насыщения водой являются так называемые засолы, белесые пятна на поверхности отделки фасада. В условиях холодного климата превышение уровня влаги в материале стен (кладочных, литых, композитных) – приводит к быстрому разрушению штукатурки, отслоениям и даже разрушениям, которые приводят к потере прочности конструкций.

При пониженных температурах происходит следующее:

  • попавшая в поры материала или щели вода замерзает;
  • образовывающийся лед имеет больший объем, чем замерзающая вода;
  • щели в материале расширяются, разрушаются перегородки между порами, это приводит к потере прочности материала.

В результате действия циклов замерзания-оттаивания вода получает возможность все глубже проникать в поверхность отделки или стены, что приводит к гниению арматурных конструкций внутри бетонных стен, отслоению штукатурки, разрушению поверхности кладок, снижение прочности стены из пеноблока и газобетона.

Как работает гидрофобизация

Гидрофобизация фасада или стены позволяет нейтрализовать вредные действия воды. Влага просто не проникает в поры материала.

Совет от «фасадца»

В отличие от гидроизоляции, гидрофобизация представляет собой заполнение пор материала, а не образование прочной водонепроницаемой пленки на поверхности обрабатываемых материалов.

В результате стены, подвергшиеся гидрофобизации, сохраняют показатели парообмена, “дышат”, что обеспечивает отличный микроклимат в помещениях и запланированные в ходе проектирования показатели срока жизни фасадных покрытий.

Положительные стороны процесса гидрофобизации

  • отсутствие впитывания влаги даже при прямом воздействии воды, к примеру, во время ливней или процедур мытья фасадов;
  • сохраняются показатели воздушного и парообмена материалов, кирпичных, бетонных стен, штукатурной отделки;
  • во всем слое кладки или объеме бетонной стены сохраняется сухость, что гарантирует долгую службу строения;
  • повышается морозостойкость, это ведет как к повышению прочности, так и времени эксплуатации строений с плановыми показателями, например, нагрузки на междуэтажные перекрытия;
  • гидрофобизация фасада или стены может применяться как для защиты промышленных строений, так и зданий жилого фонда или частных домов;
  • используемые для защиты материала стен составы не позволяют образование плесени или грибковых колоний;
  • растворы для гидрофобизации бесцветны и не влияют на внешних вид материала, из которого сложена стена, что особенно ценно, если речь идет об обработке отделки из декоративного кирпича или натурального камня.

Процесс поверхностной обработки проводится быстро, с помощью минимального набора инструментов, применение распылителей кардинально ускоряет работу. В результате на стене просто невозможно образование пятен-засолов, фасад приобретает новые свойства: с поверхности отделки или стены можно легко смывать грязь и пыль без опасности проникновения влаги.

Какие методики гидрофобизации существуют

Стоит особо отметить, что гидрофобизация не гарантирует абсолютной защиты.
Такой метод обработки покажет оптимальные результаты, если применяется для объекта, который подвергается интенсивному действию влаги на протяжении максимум нескольких часов в сутки.

В остальных случаях рекомендуется прибегать к гидроизоляции конструкций или отделки фасада, например по технологии вентфасада.

Гидрофобизация фасада или поверхности стены бывает:

  • поверхностная, когда специальные составы наносятся на поверхность конструкций или фасадной отделки;
  • объемный, когда, например, гидрофобизаторы для бетона добавляются прямо в материал во время приготовления раствора.

Можно применять и комбинированные схемы. Так, применение таких веществ, как гидрофобизаторы для бетона для защиты материала и последующая его обработка поверхностным способом может дать максимальную защиту от влаги и очень впечатляющие показатели морозостойкости, что может быть необходимо, если конструкции возводятся в условиях крайне холодного климата.

Гидрофобизаторы для бетона не участвуют в рецептуре раствора. Для каждого конкретного продукта нужно использовать рекомендуемую производителем дозировку, добавляя многокомпонентное вещество в уже готовый к применению состав. Подобные добавки также могут использоваться для штукатурных смесей, при создании стяжек, наливных полов.

Как производится гидрофобизация


Процесс обработки стен или фасадной отделки можно назвать стандартным. Отдельно стоит отметить, что привлекать к его проведению следует специалистов. Работа (в том числе с применением труда промышленных альпинистов) проходит в несколько этапов:

  1. состояние материала конструкции или фасадной отделки тщательно оценивается, принимается решение о необходимости ремонта;
  2. производится очистка: сдувается пыль, удаляются явно поврежденные зоны материала, восстанавливается поверхность;
  3. происходит подготовка оборудования, в случае надобности, освобождение пространства для работы или установка необходимых ограждений;
  4. на стену или фасадную отделку наносится грунтовка глубокого проникновения.

Гидрофобизатор наносится разными способами. С помощью кисти, валика, распылителей, губкой, наиболее удобный инструмент выбирается с учетом привычек исполнителя и характеристик поверхности. При нанесении нужно следить, чтобы не образовывались потеки и не было крупных капель на поверхности.

После первичного впитывания состава, которое занимает около полутора часов (или времени, рекомендуемого производителем), наносят второй слой защитного покрытия. Хороший тон при проведении гидрофобизации – следовать рекомендациям производителя конкретного состава, а также применять продукт, предназначенный для обработки конкретного материала.

Целесообразность влагозащиты камня

Камень является наиболее прочным натуральным материалом, который используется в строительстве. Сегодня его роль, в основном, декоративная. Можно часто услышать мнение, что защищать такой материал от воздействия воды не имеет смысла, так как ему нет аналогов по уровню морозостойкости и сроку службы.

Однако обработка каменной отделки с помощью гидрофобизаторов может дать целый ряд преимуществ:

  • хотя камень обладает отличной прочностью, его обработка гарантированно избавит от необходимости ремонтов, замены поврежденных элементов отделки или же снизит количество повреждений до минимума. Это – большая экономия времени и денежных средств;
  • оптимальный подход с позиции экономической эффективности – гидрофобизировать камень путем нанесения одного слоя защитного состава;
  • с помощью бесцветных или тонирующих гидрофобизирующих средств можно придать отделке новый, приятный вид для достижения максимального эстетического эффекта.

Обработка кирпичных и каменных кладок внутри помещений может производиться с целью создания отличного внешнего вида – гидрофобизирующие составы сглаживают поверхность и улучшают визуальное восприятие структуры, рисунка камня, а также цвета материала.

Заключение

В качестве финальной рекомендации можно отметить, что процесс защиты материала стен, кладки или отделки фасадов зданий нужно проводить в период, когда влажность воздуха достаточно низка, нет дождей. Необходимое условие – сухие стены, штукатурка, а также температура воздуха не ниже 5 градусов Цельсия. Чтобы получить оптимальные результаты, лучше всего предварительно удалять солевые пятна с помощью специальных средств.

Гидрофобизация фасада: технология проведения работ

Использование новационных технологий в области производства строительных материалов отнюдь не гарантирует неподверженность их процессам разрушения в период эксплуатации. Особенности климата сказываются на состоянии опорных конструкций домов, зданий, лишний раз подчеркивая справедливость пословицы: «тихая вода камень точит».

Чтобы противостоять разрушению, продлить долговечность здания без ущерба его эксплуатационных характеристик, выполняется гидрофобизация.

Оглавление

  1. Гидрофобизация: определение понятия
  2. О преимуществах гидрофобизационной защиты
  3. Гидрофобизация или гидроизоляция?
  4. Работы по гидрофобизации фасада: шаг за шагом
  5. Обработка каменных фасадов фибробизатором: перестраховка или необходимость?
  6. Послесловие

Гидрофобизация: определение понятия

Прежде чем проводить работы по защите здания от разрушения, следует определиться: гидрофобизация фасада что это такое? Общее понятие включает в себя комплекс мероприятий по эффективной защите фасадов зданий от разрушительных процессов, связанных с попаданием на них влаги, воды под воздействием температур и других внешних факторов. Это самый эффективный на сегодняшний день и наиболее экономичный способ предохранения поверхности керамических и силикатных кирпичных, ячеистых бетонных стен от разрушительного воздействия влажного воздуха, проникающего в пористую структуру и заполняющего пустоты влагой.

При понижении температуры вода застывает в порах, давит на их стенки. Затем происходит процесс оттайки. Соли, находящиеся в материале стен, впитывают жидкость, разрушая кладку. Под действием солнечных лучей водно-солевой раствор испаряется, соли кристаллизуются, образуя гидрофильные образования значительного объема. Все эти процессы негативно влияют на кладку: портится внешний вид, появляется ее отслоение, образуются глубоких трещин и подтеки, как на строительном материале, так и на штукатурном слое. Ржавчина постепенно «съедает» металлические конструкции внутри облицовки.

Еще один признак недостаточной защиты фасадов — образование многочисленных бесформенных белых пятен (высолов). Как правило, это водорастворимые сульфаты, которые с постоянным упорством проступают в самых неожиданных местах. Простая механическая обработка струей воды пятнистых мест не только не эффективна, но и приводит к излишнему увлажнению фасада. Следует учитывать, что повышение влажности стен всего на 10% провоцирует потери половины их теплозащитных свойств, существенно охлаждает дом. В таких случаях гидрофобизация фасада материал стен не разрушает, а создает водоотталкивающую, абсолютно незаметную визуально защиту. Поверхность покрывается глубоко проникающим веществом, предотвращающим проникновение влаги в структуру материала.

К сведению: гидрофобизаторы представляют собой специальные водоотталкивающие растворы, характеризующиеся хорошей адгезией с поверхностью фасадов. Входящие в их состав силоксаны, силиконаты, силаны, наделяют вещество такими основными качествами, как воздухопроницаемость, морозоустойчивость, влагонепроницаемость. Пропитки обеспечат эффективную защиту, проникая на несколько сантиметров в поры.

О преимуществах гидрофобизационной защиты

Как любая технология, гидрофобизация фасада имеет свои «плюсы». К ним можно отнести:

  • облицованная поверхность не гигроскопична при попадании на нее проливного и, даже, косого дождя;
  • после обработки не нарушается воздухообмен в структуре материала;
  • поддерживаемая сухость внутри кладки тормозит процессы ее разрушения, сохраняет теплоизоляционные характеристики, улучшает морозостойкость;
  • стеновым конструкциям обеспечивается дополнительная прочность;
  • работы по гидрофобизации одинаково эффективны как при обработке фасадов частных одноэтажных построек, так и «высоток»;
  • антисептическое покрытие не позволяет размножаться грибку и плесени;
  • химические процессы кристаллизации солей и выход на поверхность фасада пятен (высолов) приостанавливаются или, при новом строительстве, полностью исключается;
  • пропитанные гидрофобизаторами поверхности позволяют передать природную красоту натурального материала, продлевая срок его службы;
  • грязь с поверхности фасадов и осевшая на них пыль легко смывается,
  • работы по нанесению раствора не сложные, проводятся оперативно.

Эффективной гидрофобизация фасада материала будет на протяжении 15 лет.

Гидрофобизация или гидроизоляция?

При гидрофобной обработке величина коэффициента паропроницаемости сохраняется и здание «дышит», пропуская пар и газы. В отличие от гидроизолирующих поверхностей, когда поры материала полностью изолируются, находятся без доступа воздуха.

Актуальность в проведении гидрофобизации возникает там, где происходит многократное, но непродолжительное по времени (часы, сутки) воздействие влаги на поверхность. В случае организации защиты объекта, конструкции испытывающих действие воды постоянно, используется метод гидроизоляции.

Если быть совсем точным, то отвечая на вопрос: гидрофобизация фасада что это такое? — следует конкретизировать это понятие. Различают ее поверхностный вид (это когда механическим путем или распылением состав наносится на стену), объемный (добавка гидрофобных наполнителей в сырье на стадии производства), комбинированный (сочетание двух предыдущих видов дает оптимальный результат).

Работы по гидрофобизации фасада: шаг за шагом

  • Комплекс мероприятий желательно проводить специально обученным персоналом с допуском работ на высоте (хотя, обработку одноэтажных построек можно сделать самостоятельно, следуя технологии проведения работ, используя средства индивидуальной защиты).
  • Защита фасада от влаги выполняется на финишном этапе отделки дома и наносится поверх облицовочного кирпича, камня, штукатурки, пр.
  • В качестве инвентаря и оборудования применяется альпинистское промышленное снаряжение, современное окрасочное оборудование, гидроподъемники, другие специальные механизмы.

Для справки: с помощью специальной технологии выполнения работ на высоте — промышленного альпинизма — открывается доступ к самым неудобным в обработке местам. При этом отпадает необходимость установки строительных лесов и подъемной техники, а сам рабочий спускается к месту обработки фасада по веревке.

  • Гидрофобизирующие материалы подбираются для каждого конкретного случая в зависимости от выполняемых операций в оптимальном соотношении «качество-цена».
  • Сначала оценивается состояние фасада.
  • Результаты экспертизы влияют на выбор технологии предварительной очистки поверхности, ее подготовки.
  • Создаются эргонометрические условия для работ: освобождается участок у стен, убираются кустарники, оцениваются возможности установки подъемных механизмов, пр.
  • При выполнении гидрофобизации фасада из камня для лучшей адгезии раствора с поверхностью ее нужно предварительно обработать: удалить, по возможности, загрязнения, отслоившуюся штукатурку, сдуть всю пыль.
  • При необходимости фасад выравнивается, щели заделываются строительной смесью.
  • Основание грунтуется. Если этого сделать не удается, то нужно ожидать появления со временем грибка и плесени.
  • Очень важно корректировать работы в зависимости от температуры окружающего воздуха. Качество обработки должно соответствовать нормативным требованиям.
  • Следуя четко инструкции по нанесению гидрофобных растворов, которая выдается производителем, производится обработка поверхностей. Распылителем, кистью или губкой наносится первый, глубоко проникающий слой защитной пропитки для камня. Работу оставляют на 1 -1,5 часа, а затем снова покрывают фасад слоем гидрофобизатора. При этом следят, чтобы не было подтеков, не оставалось капель.

Обработка каменных фасадов фибробизатором: перестраховка или необходимость?

Даже самый прочный материал, используемый для строительства еще нашими пращурами, камень, подвержен пагубному воздействию влаги. Результатом служит плесень и грибок, разрушения и вымывания породы. Практика показывает, что дешевле для пользователя и лучше для здания будет выполнить одноразовую гидрофобизацию каменной облицовки на этапе строительства, чем многократно тратить деньги в процессе ее эксплуатации на устранение возникающих проблем.

Правильно выполненная гидрофобизация фасада из камня должна придать ему эстетичный вид. Передать красоту натурального материала помогают тонирующие и бесцветные составы. Они содержат ксилоксаны, проникающие глубоко в поры. Изолированные микрокапсулы при попадании влаги, не накапливая, выталкивают ее обратно. Защитная пленка позволяет обеспечить требуемые водоотталкивающие свойства, исключить пропуски. Если покрытие получилось, все же, неравномерным, наносится еще один слой гидрофоба на влажную еще поверхность.

Чтобы гидрофобизация получилась качественной, лучше всего ее выполнять в межсезонный промежуток «поздняя весна — ранняя осень», когда дождики маловероятны, предназначенная для защитных работ кладка достаточно сухая, а температура воздуха при выполнении работ не опускается ниже 5°С. В это же время, используя специальные составы, удаляются солевые пятна.

Для гидрофобизации фасада из камня используют и различные акриловые или полиэфирные жидкие шпаклевки. С одной стороны, смолы, входящие в их состав, создают гидрозащиту; с другой, эластичный раствор одновременно устраняет и маскирует неровности, сколы, трещины на поверхности камня.

Послесловие

Следует понимать, что на прочность и долговечную эксплуатацию зданий влияет не только мастерство и квалификация строительной бригады. Много зависит от подготовки конструкций к противостоянию разрушающему действию внешних факторов среды, в частности, влаги. Правильно выполненная гидрофобная защита фасада предотвратит структурные разрушительные изменения, позволит сохранить эстетику фасада и энергетику природного материала.

Гидрофобизация - поверхность - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Гидрофобизация - поверхность

Cтраница 3

Этим и достигается гидрофобизация поверхности.  [31]

Сравнительной дешевизной характеризуется гидрофобизация поверхностей изделий из бетона и горных пород при помощи мыла на основе углеводородов в том случае, когда они находятся в форме эмульсии. Примером может служить обработка поверхностей 2 - 5 % - ной парафиновой эмульсией. Для ее получения горячий 2 % - ный раствор мыла при непрерывном перемешивании вливают струей в 20 % - ный бензиновый раствор парафина. Защищаемые поверхности дважды покрываются такой эмульсией. Способ дает хорошие результаты на практике.  [32]

Таким образом, гидрофобизация поверхности минеральных частиц, которая приводит к росту адгезии, может быть достигнута обработкой кислородом флотационной пульпы.  [33]

Различают следующие способы гидрофобизации поверхности: а) изменение структуры или состава пластмассы; б) введение гидрофобной добавки; в) лакирование поверхности изделия.  [35]

Для обнаружения причины гидрофобизации поверхности силикагелей был проведен анализ адсорбционных свойств прокаленных образцов с разграничением влияния температуры на разрушение пористой структуры и сокращение сорбирующей поверхности и на изменение свойств поверхности; в силу небольшой термической стойкости обычных силикагелей, структура которых разрушается, начиная уже с 300, до сих пор этого не удавалось сделать.  [36]

Впервые рассмотрено влияние гидрофобизации поверхности природных песчаников ТМХС на их фильтрационно-емкостные свойства и капиллярную пропитку водой и керосином. Установлено, что при проницаемости более 20 10 м гидрофобизация породы не приводит к изменению ее пористости и абсолютной проницаемости. Модифицирование поверхности породы сопровождается снижением начальной скорости капиллярной пропитки водой. Гидрофобизация образцов с проницаемостью ( 44 - 500) 10 м приводит к увеличению относительной фазовой проницаемости по керосину в 1 1 - 1 5 раза. При более высоких значениях проницаемости происходит увеличение относительной фазовой проницаемости по воде. Установлено, что полученные закономерности обусловлены образованием поверхности со смешанной смачиваемостью.  [37]

Оренбургского месторождения характеризуются значительной гидрофобизацией поверхности и, следовательно, аномально низким содержанием остаточной воды, что явилось следствием условий формирования газоконденсатной залежи за счет оттеснения нефти поступавшим в нее газом. Для Оренбургского месторождения, по данным [4], объем пор, через которые фильтруется газ, составляет 20 - 60 % их общего объема. Тогда количество потенциально вовлекаемой в газообмен поровой жидкости достигает в среднем около 800 см3 / м3 газа. Однако и эта величина будет завышенной, поскольку некоторая часть фильтрующих пор занята битуминозным веществом, да и объем пор, в которых возможна фильтрация жидкости, составляет лишь часть объема пор, фильтрующих газ. С учетом вероятного соотношения в карбонатных коллекторах пористости ( в среднем от долей процента до 4 %) и трещинов.  [38]

Следовательно, если происходит гидрофобизация поверхности, то во времени увеличивается и сила прилипания пузырька к этой поверхности, что вызовет зависание пены и приведет к разгрузке давления.  [40]

Возможно также, что гидрофобизация поверхности стекла уменьшает ингибирующее влияние кислорода воздуха на процесс полимеризации полиэфирной смолы.  [41]

Однако в некоторых случаях гидрофобизация поверхности коллектора в призабойной зоне добывающей скважины может способствовать увеличению притока нефти. Часто при вскрытии продуктивного пласта или при глушении добывающей скважины некачественными растворами, нефтенасыщенные пропластки обогащаются капиллярно удерживаемой водой. Это в свою очередь приводит к увеличению относительной проницаемости для нефти. Однако обязательным условием эффективности применяемой технологии в этом случае является одновременное повышение фильтрационных сопротивлений в пропластках, промытых водой.  [42]

Методы, основанные на гидрофобизации поверхности пород призабойной зоны с применением ПАВ, аэрированных жидкостей, полиорганосилоксанов и других химических продуктов. Общий механизм заключается в гидрофобизации пород, приводящей к снижению фазовой проницаемости пород для воды, а также в образовании пузырьков газа, которые легко разрушаются в присутствии нефти.  [43]

Методы, основанные на гидрофобизации поверхности пород призабой-ной зоны с применением ПАВ, аэрированных жидкостей, полиорганосилокса-нов и других химических продуктов. Общий механизм заключается в гидрофобизации пород, приводящей к снижению фазовой проницаемости пород для воды, в образовании пузырьков газа, которые легко разрушаются в присутствии нефти.  [44]

Для усиления эффекта влияния гидрофобизации поверхности поровых каналов полярными компонентами нефти многократно экстрагированные образцы, не содержащие воду, насыщали нефтью на фильтрационной установке в условиях, близких к пластовым.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

избавление от высолов своими руками

Для определения необходимости обрабатывать стены водоотталкивающей жидкостью, пользуются специальным прибором — трубкой Карлстена. Если в течение нескольких часов уровень воды в трубке падает на несколько делений, значит она впитывается фасадом. Желательно планировать обработку.

Трубка Карлстена показывает скорость впитывания влаги

Процедура гидрофобизации

Самым лучшим вариантом следует планировать защиту от влаги сразу после строительства. Однако, как правило, эту процедуру откладывают «на потом» до тех пор, пока не случится неприятность — протечёт стена, или пока не появятся солевые подтёки (высолы) на стенах после дождей и снегопадов.

Как происходит мойка фасадов и окон зданий мы уже писали ранее и рекомендовали добавить статью в закладки.

Советуем при гидрофобизации здания использовать фасадные герметики для того, чтобы избежать попадание влаги в дверные и оконные проёмы. Аккуратно обработать стыки небольшим слоем силиконового герметика.

Канистра с гидрофобизатором — водоотталкивающей добавкой

Высолы: белый солевой налёт

Проявление белого налёта — высолов

Высолы (солевые подтёки) — белый солевой налёт на стенах каменной или кирпичной кладки, а также на фасадной штукатурке и подобных покрытиях. Избавить от них может только гидроизоляция фасадов. Возникают они из-за того, что вода, проникая в структуру кирпича, вымывает соли из раствора. В последствии вся влага испаряется, а на поверхности стены остаются белые разводы от соли.

Жидкость для смыва высолов

Можно отметить следующие причины появления высолов: Соли могут содержаться в почве, на месте строительства дома; В глине, из которой изготовлен кирпич. А так как кирпичи — это пористая основа, следовательно в них легко впитывается вода и растворяются соли. Далее, вместе с водой соль выходит на поверхность кирпича и высыхая, оставляет белые пятна, которые нельзя устранить собственноручно без применения гидрофобизаторов.

В состав раствора, с помощью которого выполняется кладка кирпича, входит три составляющих компонента — вода, песок и цемент. В природном песке присутствует множество солей, тоже самое содержится и в природных водоёмах.

Соли присутствуют в различных добавках к бетону (для замедления или ускорения схватывания), в присадках (для работы при низкой температуре) и так далее. После того, как дождь и снег намочит поверхность стены, соли из таких растворов неизбежно будут проявляться на поверхности в неприглядном виде.

Все, что приносит дождь и снег, то оседает на ваших фасадах. При близком расположении предприятий, гарантирует оседание отходов производства на стенах ваших жилищ, в виде дождей.

Если высолы всё же появились на стенах, то необходимо воспользоваться одним из методов их выведения!

Избавляемся от высолов на стенах


  1. Сначала следует отмыть стены от пятен, обычной водой с добавлением моющих средств. Выполнить это можно с помощью моющей установки высокого давления, например, «Karcher». Если на стенах есть пятна не только от высолов, а также пятна от плесени и грибков, то для этой цели следует применить вместо воды специальные омыватели. Омыватели являются высококонцентрированными средствами, которые нужно разбавлять водой. Разбавлять средства нужно, согласно инструкции по применению, в зависимости от видов пятен.
При применении смывок обязательно используйте средства индивидуальной защиты (резиновые перчатки и очки), так как при воздействии на кожу, средства могут вызывать ожоги.
  1. Стену фасада после мойки нужно полностью просушить.
  2. Обработать всю поверхность стены гидрофобизатором, который можно легко нанести с помощью кисти, валика или пульверизатора.
На рынке присутствует большой выбор гидрофобизаторов. Также существуют гидрофобизаторы в виде «мокрого камня» или «мокрого кирпича», но их стоимость значительно выше.
  1. После нанесения гидрофобизатора, он глубоко проникает в структуру поверхности и после высыхания образует защитный и влагостойкий слой.
При правильном выполнении гидроизоляции фасада, ощутимо повышается термоизоляция дома. При промокании кирпича, в сравнении с сухим, теплопотери могут повыситься до 50%.

Обработанная водоотталкивающей жидкостью стена

  1. При заделке стыка между стеной и оконной рамой, применяют фасадный герметик, который способствует защите от росы и повышению дополнительных теплоизоляционных свойств.

Обработка герметиком оконных и дверных проёмов

Результат гидрофобизации — верный способ сохранить фасад здания на долгие годы

Конечно, процесс обработки занимает достаточное количество времени и денежных вложений, однако результат не заставит себя ждать. Придание водоотталкивающих свойств — неотъемлемая часть строительства, которая позволит сохранить фасад здания красивым и совершенным на долгие годы. Будьте готовы к тому, что кроме гидрофобизатора придётся приобрести ещё и жидкость для смыва солевых налётов (высолов).

Изучите материал почему приходится ремонтировать фасад в дополнение к данной статье.

Также рекомендуем посмотреть видео: подробно показан процесс смыва высолов, которые появляются со временем и после гидрофобизации.

Подробное видео о смыве и очистке фасадов от высолов с последующей обработкой поверхности водоотталкивающей жидкостью

Гидрофобизация поверхности | profobrabotka

Такие поверхности как бетон, дерево, асбестоцемент, покрываются специализированными, в соответствие с типом материла, лакокрасочными средствами, а также в качестве дополнительных мер – вторичными защитными средствами. К ним относятся – пропитка, гидрофобизация поверхности, мастика.

Пропитка. Ее главное отличие от краски (на любой основе) – базовые компоненты с легкостью проникают в поры бетона, и, как следствие, – полимеризуются в нем. Подобным эффектом обладают и грунтовки, которые предварительно наносятся до лакокрасочного покрытия, но глубоко не проникают, слегка затрагивая верхние слои для создания лучшей адгезии. Пропитка– полноценная качественная защита, поэтому ее глубина составляет от 1 до 20 мм. Опытным путем уставлены высокие показатели устойчивости пропитки к агрессивному воздействию внешним факторам. Надежность пропитки также хорошо себя показала в заводских условиях с жидкой и газовой средой. В качестве дополнительной меры для усиления эффекта раскрытия пор поверхность обрабатывают пескоструйной очисткой.

Гидрофобизация – защита пористых поверхностей водоотталкивающими составами, выполняющими также роль изоляции. Если по-простому, то этот процесс резко снижает способность стройматериалов впитывать воду. Возникающая пленка в момент гидрофобизации поверхности – искусственный барьер, который предохраняет от пагубного воздействия водой конструкцию здания из бетона, кирпича и асбестоцемента.

Растворы с гидрофобизацией изготавливаются двух видов – на органической и водной основах. Защитные функции растворов аккумулируются в момент возникновения капиллярного подсоса (перемещение жидкости в материалах с пористой структурой), атмосферных осадков или резкого скачка влажности воздуха. К сожалению, из-за постоянного воздействия ультрафиолета, такого рода материал не долговечен, срок службы от 2 до 5 лет. В особенности это касается фасадов зданий из камня, которые требуется регулярно обновлять.

Мастика (материалы на основе эластомеров). Данный вид защиты широко практикуется для стальных и железобетонных конструкций. Мастичные покрытия по сравнению с другими лакокрасочными материалами считаются толстослойными от 0,5 до 3 мм.

Гидрофобная поверхность - обзор

2.3.1 Интеллектуальный контроль смачиваемости

Гидрофобная поверхность - это структура, созданная на основе листьев лотоса или кожи акулы с использованием периодических микро- или наноразмерных узоров (Sun et al., 2009). Помимо покрытия из микро- или наночастиц или отделки текстильной поверхности, полимерное покрытие с эффектом памяти обеспечивает те же эффекты. Эффект микро- или нанопаттерна вызван фазовым превращением полимеров с памятью. Два типа методов форматируют шаблон, называемые программируемой поверхностью запоминания шаблона и неперепрограммируемой поверхностью обратимой деформации.Сообщалось, что программируемая поверхность с запоминанием рисунков позволяет создавать плотные рисунки с помощью литографии наноимпринтов (Wang et al., 2011). В методе обратимой памяти без программирования (Higgins et al., 2011) используется электрохимический контроль окислительно-восстановительного состояния полимера для сокрытия и временного хранения предварительно сформированных наноразмерных структур поверхности.

Микрорельефы, наноструктуры или морщины могут быть получены с помощью метода покрытия, основанного на принципе коробления тонкого эластичного слоя на мягкой подложке, вызванного термическим несоответствием (Lester et al., 1941). В настоящее время большинство морщин или рисунков, полученных с помощью методов покрытия, представляют собой эластичный металлический слой, покрытый предварительно растянутой полимерной пленкой с памятью типа T г или не требующий предварительного деформирования полимеров с памятью типа T м . Если на поверхности волокна используется полимерное покрытие с эффектом памяти, оно будет проявлять различные эффекты усадки после нагрева и охлаждения. Образуются микроморщинки. Этот результат демонстрирует потенциальное применение для обработки поверхности текстиля для достижения водоотталкивающего эффекта или контроля характеристик растекания воды.После изучения растекания капель воды и структурированных подложек с использованием полимеров с эффектом памяти обнаружилась анизотропия смачивания, когда капли растекались на подложках с анизотропным рисунком. Статические углы смачивания были разными в направлении, параллельном морщинкам, и перпендикулярном морщинкам. Когда вода распределялась перпендикулярно морщинкам, она приобретала некруглую форму, а капли прилипали к своим краям (Wang et al., 2011).

Помимо гидрофобности, все больший интерес вызывает контроль движения воды на текстильных поверхностях.Поведение воды, возвращающееся от отталкивающего (гидрофобного) к адгезионному (гидрофильному), определяется комбинацией угла смачивания между каплей воды и поверхностью и углом поверхности, под которым капля соскальзывает.

На сегодняшний день исследования сосредоточены на изменении жидкости для изменения ее поведения или создании множества различных поверхностей, которые производят требуемые эффекты. Синью Цао, Лэй Цзян, Хуай Ян и др. Разработали технологию, которая может обеспечить полный диапазон гидрофобных и гидрофильных свойств, просто изменяя температуру на основе полимерного покрытия с памятью (Li et al., 2009).

Исследователи разработали свою поверхность путем центрифугирования тонкой пленки жидкокристаллического полимера PDMS-40CB, который имеет амфифильные боковые цепи, на кремниевую пластину, на которой протравлен массив столбиков. Полученная поверхность имеет шероховатость в микрометровом или нанометровом масштабе, что расширяет диапазон возможных углов смачивания. На одном конкретном расположении столбов (столбики шириной 10 мкм и высотой 30 мкм, расположенные на расстоянии 15 мкм друг от друга) капли воды скатывались при 23 ° C, но прилипали быстро при 75 ° C, даже когда поверхность держалась вверх дном.Изменение поведения воды на поверхности было приписано фазовому переходу полимера (рис. 2.1). При комнатной температуре (23 ° C) полимер находится в жидкокристаллической смектической фазе A, но при 74,6 ° C он превращается в изотропную фазу. С повышением температуры ориентация боковых цепей в полимере изменяется: гидрофильные цепи могут поворачиваться в сторону воды, чтобы минимизировать межфазную энергию, что приводит к уменьшению краевого угла и большей адгезии между каплей и поверхностью.Метод центрифугирования может быть легко расширен и имеет потенциал для использования в массовом производстве текстильных изделий.

Рисунок 2.1. Изменение смачиваемости поверхности полимерного покрытия с эффектом памяти. (а) Капля остается на поверхности, даже если подложка перевернута; б) предполагаемая конформационная перестройка при фазовом переходе.

Воспроизведено по произведениям Ли, К., Го, Р., Цзян, X., Ху, С., Ли, Л., Цао, X., Ян, Х., Сун, Ю., Ма, Ю., Цзян, L., 13 ноября 2009 г. Обратимое переключение подвижности капель воды на супергидрофобной поверхности на основе фазового перехода жидкокристаллического полимера с боковой цепью.Дополнительные материалы 21 (42), 4254–4258.

PNIPAAm - хорошо известный термочувствительный полимер с НКТС 32 ° C. Ниже НКТР полимер набухает и возникает гидрофильность. Выше НКТР полимер разрушается и проявляет гидрофобность. На основе этого механизма обратимая смачиваемость может быть легко достигнута путем изменения температуры ниже или выше НКТР.

Эта характеристика может быть применена к чувствительной к температуре системе доставки лекарств и разделительной мембране (Chilkoti et al., 2002). В случае текстильных изделий гидрогель может быть нанесен на нетканые материалы и наложен на них для перевязки ран, которая может поглощать тканевую жидкость, доставлять лекарства и не прилипать к ране. Этот вид нетканого материала с гидрогелевым покрытием также можно использовать в качестве многоразовой маски для лица. Однако чистый PNIAAm значительно превышает НКТР, что нежелательно для лицевой маски (Han and Bae, 1998). Известно, что полиуретановый гидрогель биосовместим, обладает эластичностью и высокой степенью набухания. Сообщалось о применении модифицированного хитозаном термочувствительного гидрогеля PNIPAAm (PNIPAAm / PU) на тканевой основе для изготовления масок для лица; он ощущается нежным и мягким без явного синерезиса и быстро реагирует на изменения температуры от 32 ° C до 35 ° C.Ингредиенты, содержащиеся в гидрогелях, медленно высвобождаются при температуре тела; Добавление хитозана делает маску для лица антибактериальной.

Помимо температурно-активной обратимой смачиваемости и водопоглощения, свет, pH или окислительно-восстановительный потенциал также могут управлять поведением воды на поверхностях полимерного покрытия с памятью с помощью золь-гель метода. Некоторые неорганические оксиды и полимеры с памятью являются светочувствительными материалами. Под действием света эти материалы могут обратимо изменять свою молекулярную конформацию в растворах, кристаллах и гелях, а затем изменять физические свойства.Как сообщалось, угол смачивания поликристаллического покрытия TiO 2 может переключаться между 0 и 70 градусами при облучении видимым светом и УФ. Помимо светочувствительных полупроводниковых неорганических оксидов, азобензол и его производные являются широко используемыми материалами, которые демонстрируют транс-конформацию в видимом свете и превращаются в цис -конформацию под воздействием УФ. При введении групп с низкой свободной энергией в их боковую цепь может быть получен гидрофобный и гидрофильный переход.

Кристаллические пленки поли (стирол-метилметакрилат-акриловая кислота) в форме додецилбензолсульфоната натрия могут проявлять pH-чувствительные свойства. При низком pH гидрофобная длинная алкильная цепь будет выступать наружу, что приведет к гидрофобным свойствам. При высоком pH гидрофильные группы были выставлены наружу, что привело к гидрофильности. Кроме того, анодированный оксид алюминия с привитым полидиметиламинометакрилатом и некоторые поликатионы также могут обеспечивать переключаемую смачиваемость под воздействием рН-стимула (рис.2.2).

Рисунок 2.2. Полимеры с эффектом памяти для покрытия, изменяющего смачиваемость.

Адаптировано из книги «Экстремальная смачиваемость и регулируемая адгезия: биомимикация за пределами природы»? Soft Matter 8, 2070–2086, 2012.

Объяснение: гидрофобные и гидрофильные | MIT News

Иногда вода распределяется равномерно при попадании на поверхность; иногда он рассыпается на мелкие капельки. Хотя люди замечали эти различия с древних времен, лучшее понимание этих свойств и новые способы управления ими могут принести новые важные приложения.

Материалы с особым сродством к воде - те, по которым она растекается, обеспечивая максимальный контакт, - известны как гидрофильные. Те, которые естественным образом отталкивают воду, вызывая образование капель, известны как гидрофобные. Оба класса материалов могут иметь значительное влияние на работу силовых установок, электроники, крыльев самолетов и опреснительных установок, среди других технологий, говорит Крипа Варанаси, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института. Улучшения гидрофильных и гидрофобных поверхностей могут предоставить бутылки для кетчупа, в которых приправа просто скользит прямо, стаканы, которые никогда не запотевают, или электростанции, которые выжимают больше электричества из заданного количества топлива.


Фотография любезно предоставлена ​​Жун Сяо и Ненадом Мильковичем.
Гидрофильные и гидрофобные материалы определяются геометрией воды на плоской поверхности, а именно углом между краем капли и поверхностью под ней. Это называется краевым углом.

Если капля растекается, смачивая большую площадь поверхности, то угол смачивания составляет менее 90 градусов, и эта поверхность считается гидрофильной или водолюбивой (от греческих слов для воды hydro и любви philos ).Но если капля образует сферу, которая едва касается поверхности - например, капли воды на горячей сковороде - угол контакта составляет более 90 градусов, а поверхность гидрофобна или водобоязненна.

Но терминология на этом не заканчивается: большинство современных исследований гидрофобных и гидрофильных материалов сосредоточено на крайних случаях, а именно на супергидрофобных и супергидрофильных материалах. Хотя определения этих терминов менее точны, поверхности, на которых плотные капли образуют контактный угол более 160 градусов, считаются супергидрофобными.Если капли распределены почти плоско, с краевым углом менее 20 градусов, поверхность является супергидрофильной.

«Во многих случаях именно экстремальное поведение полезно в инженерии», - говорит Эвелин Ван, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, специализирующаяся на супергидрофобных материалах. Например, поверхности конденсаторов на опреснительных установках или электростанциях работают лучше всего, когда они супергидрофобны, поэтому капли постоянно соскальзывают и могут быть заменены новыми.И наоборот, для применений, где вода течет по поверхности, чтобы предотвратить ее перегрев, желательно иметь супергидрофильный материал, чтобы гарантировать максимальный контакт между водой и поверхностью.

Почему происходят эти явления? По сути, это вопрос химического состава поверхности, который определяется характеристиками используемых материалов. Форма поверхности также может усиливать эффекты: например, если материал является гидрофобным, создание наноструктур на его поверхности может увеличить площадь контакта с каплей, усиливая эффект и делая поверхность супергидрофобной.Точно так же нанонарисовка гидрофильной поверхности может сделать ее супергидрофильной. (Однако есть исключения, когда особые виды рисунка могут фактически изменить обычные свойства материала.)

Все усложняется, когда вещи движутся - как это часто бывает в реальных ситуациях. Например, при наклоне плоской поверхности любые капли по ней могут начать скользить, искажая свою форму. Таким образом, помимо измерения статических углов смачивания, полное понимание свойств поверхности также требует анализа того, как различаются углы смачивания на ее передних (передних) и отступающих (задних) краях, когда поверхность наклонена.

Поскольку мир природы полон гидрофобных и гидрофильных поверхностей, основы этого явления известны ученым уже не менее двух столетий. Например, лист лотоса является хорошо известным примером гидрофобного материала, защищающего водные растения от переувлажнения. Некоторые виды, такие как жук-стенокара из африканской пустыни Намиб, сочетают в себе оба признака: на спине и крыльях насекомого есть гидрофильные выпуклости, которые способствуют конденсации влаги из тумана; они окружены гидрофобными желобами, которые собирают образующиеся капли и направляют их к рту жука, что позволяет ему выжить в одном из самых засушливых мест на Земле.

Одна из областей современного интереса к гидрофобным и гидрофильным поверхностям связана с энергоэффективностью. Супергидрофобные поверхности, разрабатываемые исследователями из Массачусетского технологического института и других организаций, могут улучшить теплопередачу в конденсаторах электростанций и повысить их общую эффективность. Такие поверхности также могут повысить эффективность опреснительных установок.

Новые технологии также внесли свой вклад в эту область: способность создавать наноразмерные поверхности с выпуклостями или гребнями всего в несколько миллиардных долей метра в поперечнике позволила создать новое поколение водопоглощающих и водоотводящих материалов; Новое изображение движущихся поверхностей с высоким разрешением позволило лучше понять происходящие процессы.

Исследования, проводимые с помощью новых технологий, позволяют понять и управлять этим поведением на уровне деталей, немыслимых десять или два года назад. Но иногда новые методы показывают, насколько хорошо ученые все поняли давно: «Поразительно, - говорит Варанаси, - что некоторые вещи, которые мы можем подтвердить сейчас, были предсказаны столетие назад».

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Лазерная структура поверхности создает чрезвычайно водоотталкивающие металлы: NewsCenter

20 января 2015 г.

Профессор Чунлей Го разработал методику, в которой для придания материалам гидрофобности используются лазеры, что показано на этом изображении капли воды, отражающейся от обработанного образца.Фото Дж. Адама Фенстера / Рочестерский университет

Супергидрофобные свойства могут использоваться в солнечных панелях, сантехнике и в качестве нержавеющих металлов

Ученые из Университета Рочестера использовали лазеры для превращения металлов в чрезвычайно водоотталкивающие или супергидрофобные материалы без необходимости во временных покрытиях.

Супергидрофобные материалы желательны для ряда применений, таких как предотвращение ржавчины, защита от обледенения или даже в санитарных целях.Однако, как объясняет Чунлей Гуо из Рочестера, большинство современных гидрофобных материалов основаны на химических покрытиях.

В статье, опубликованной в январе 2015 года в журнале Journal of Applied Physics , Го и его коллега из Института оптики университета Анатолий Воробьев описывают мощную и точную технику лазерного моделирования, которая создает замысловатый узор микро- и наноразмеров. структуры, чтобы придать металлам их новые свойства. Эта работа основана на более раннем исследовании команды, в которой они использовали аналогичную технику лазерного нанесения рисунка, благодаря которой металлы стали черными.Гуо заявляет, что с помощью этой техники они могут создавать многофункциональные поверхности, которые не только супергидрофобны, но и оптически обладают высокой абсорбирующей способностью.

Гуо добавляет, что одним из больших преимуществ процесса его команды является то, что «структуры, созданные нашим лазером на металлах, по сути являются частью поверхности материала». Это значит, что они не сотрутся. И именно эти узоры заставляют металлы отталкивать воду.

«Материал настолько водоотталкивающий, что вода действительно отскакивает.Затем он снова приземляется на поверхность, снова отскакивает от нее, а затем просто скатывается с поверхности », - сказал Гуо, профессор оптики в Школе инженерных и прикладных наук Хаджима при университете. Весь этот процесс занимает меньше секунды.

Материалы, созданные Гуо, намного более скользкие, чем тефлон - распространенный гидрофобный материал, которым часто покрывают сковороды с антипригарным покрытием. В отличие от металлов, обработанных лазером Guo, тефлоновые кухонные инструменты не обладают супергидрофобностью. Разница в том, что для того, чтобы вода скатилась с материала с тефлоновым покрытием, вам нужно наклонить поверхность почти под углом 70 градусов, прежде чем вода начнет стекать.Вы можете заставить воду скатываться с металлов Гуо, наклонив их менее чем на пять градусов.

Когда вода отскакивает от супергидрофобных поверхностей, она также собирает частицы пыли и уносит их с собой в поездку. Чтобы проверить это свойство самоочищения, Го и его команда взяли обычную пыль из пылесоса и сбросили ее на обработанную поверхность. Примерно половину частиц пыли удалили всего тремя каплями воды. Потребовалось всего дюжина капель, чтобы поверхность осталась безупречной. А еще лучше, чтобы он оставался полностью сухим.

Гуо воодушевлен потенциальным применением супергидрофобных материалов в развивающихся странах. Именно этот потенциал вызвал интерес у Фонда Билла и Мелинды Гейтс, который поддержал эту работу.

«В этих регионах сбор дождевой воды жизненно важен, и использование супергидрофобных материалов может повысить эффективность без необходимости использовать большие воронки с высокими углами для предотвращения прилипания воды к поверхности», - говорит Гуо. «Второе применение может заключаться в создании более чистых и полезных для здоровья туалетов.”

Туалеты - это сложная задача - содержать в чистоте места с небольшим количеством воды. Благодаря использованию супергидрофобных материалов уборная может оставаться чистой без необходимости смывания водой.

Профессор Чунлей Гуо разработал методику, в которой для придания материалам гидрофобности используются лазеры, что проиллюстрировано на этих изображениях капель воды, отражающихся от обработанного образца. // Фото Дж. Адама Фенстера / Рочестерский университет

Research Update

Изображение со скоростью света

Чунлей Гуо и его группа исследователей из Университета Рочестера нашли способы манипулировать структурами, излучая лазерные импульсы на поверхность материала.Они изменили материалы, чтобы они отталкивали воду, притягивали воду и поглощали большое количество света - и все это без какого-либо покрытия.

Теперь Го, Анатолий Воробьев и Ранран Фанг, исследователи из Института оптики университета, продвинули исследования еще на один шаг. Они разработали метод, позволяющий впервые визуализировать полную эволюцию микро- и наноразмерных структурных образований на поверхности материала как во время, так и после воздействия лазерного импульса.

Подробнее ...

Но до того, как эти приложения станут реальностью, еще предстоит решить проблемы, - заявляет Го. В настоящее время для создания модели металлического образца размером 1 дюйм на 1 дюйм требуется час, и необходимо будет расширить этот процесс, прежде чем его можно будет развернуть в развивающихся странах. Исследователи также ищут способы применения этой техники к другим неметаллическим материалам.

Го и Воробьев используют чрезвычайно мощные, но ультракороткие лазерные импульсы для изменения поверхности металлов.Фемтосекундный лазерный импульс длится порядка квадриллионной секунды, но во время короткого импульса достигает пиковой мощности, эквивалентной мощности всей энергосистемы Северной Америки.

Го подчеркивает, что с помощью этой же техники можно получить многофункциональные металлы. Металлы по своей природе являются отличными отражателями света. Вот почему они кажутся блестящими. Таким образом, превращение их в черный цвет может сделать их очень эффективными в поглощении света. Сочетание светопоглощающих свойств с водоотталкивающими свойствами металлов может привести к созданию более эффективных солнечных поглотителей - солнечных поглотителей, которые не ржавеют и не нуждаются в большой очистке.

Группа

Го ранее обрабатывала материалы лазером и делала их гидрофильными, то есть притягивающими воду. Фактически, материалы были настолько гидрофильными, что при контакте с каплей воды вода текла «в гору».

Команда

Гуо в настоящее время планирует сосредоточиться на увеличении скорости формирования рисунка на поверхности с помощью лазера, а также на изучении того, как расширить эту технику на другие материалы, такие как полупроводники или диэлектрики, открывая возможность создания водоотталкивающей электроники.

Финансирование было предоставлено Фондом Билла и Мелинды Гейтс и Управлением научных исследований ВВС США.

Статья «Многофункциональные поверхности, создаваемые фемтосекундными лазерными импульсами» была опубликована в журнале Journal of Applied Physics 20 января 2015 г. (DOI: 10.1063 / 1.4

6). Доступ к нему можно получить по адресу:
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/117/3/10.1063/1.4
6

Теги: Chunlei Guo, Feature-post-side, Институт оптики, лазеры, Программа материаловедения, результаты исследований

Категория : Наука и технологии

Исследования гидрофобных свойств решетчатой ​​структуры на монокристаллическом кремнии, изготовленном с использованием микромеханической обработки

В этой статье для обработки поверхности монокристаллического кремния использовалось микропломбирование, и были протестированы шесть различных структурных параметров решетчатой ​​структуры для определения краевого угла смачивания в разная смачиваемость.Угол смачивания, полученный в ходе эксперимента, сравнивался с теоретическими значениями модели Венцеля и Кэсси, оптимизированной на основе характеристик микропломбирования. Проверена связь между структурными параметрами и смачиваемостью. Во-первых, краевой угол параллельной решетчатой ​​структуры был больше, чем вертикальное направление, на которое влияло натяжение границы раздела твердое тело-жидкость. Во-вторых, гидрофобность образца хорошо согласуется с прогнозируемой тенденцией оптимизированной модели прогнозирования C, когда ширина выпуклости уменьшается.Поддержка теоретической модели экспериментальных результатов поучительна для построения конструкции. Кроме того, молекулярная динамика использовалась для проверки гидрофобности решетчатых структур с молекулярной точки зрения.

1. Введение

Смачивающая способность поверхности любого твердого материала относится к растекающейся способности данной жидкости по твердой поверхности, которая характеризуется краевым углом смачивания. Краевой угол на границе твердое тело-жидкость является результатом баланса между силами сцепления и адгезии, действующими на линии трехфазного контакта твердое тело-жидкость-газ [1–3].Это также важный технический показатель гидрофобных свойств. Как правило, поверхность называется гидрофобной, если она имеет угол контакта с водой (WCA), равный или превышающий 90 °, в то время как она считается гидрофильной, если WCA ниже 90 °. Есть два случая экстремального смачивания и отсутствия смачивания, когда WCA может приближаться к 0 ° или 180 °, соответственно, которые называются супергидрофильностью и супергидрофобностью [4–7]. Гидрофобная поверхность монокристаллического кремния имеет большое значение для использования в солнечной энергии благодаря своим характеристикам теплопередачи, что обеспечивает большое удобство для производства и жизни людей.Кроме того, гидрофобные поверхности имеют важное прикладное значение во многих областях промышленности, включая самоочищающиеся поверхности, системы защиты от обледенения / обледенения и покрытия, препятствующие биологическому обрастанию, которые имеют большое значение для развития общества [8–10]. Многоуровневая структура и материалы с низкой поверхностной энергией, состоящие из микро- и наноразмерных структур, могут сделать поверхность любого материала гидрофобной или супергидрофобной [11–13].

Некоторые материалы, такие как кварцевое стекло, монокристаллический кремний и алмаз, широко используются в высокотехнологичных областях, таких как гражданская и национальная оборона, из-за их высокой твердости, высокой прочности и стабильных химических свойств в контексте нормальной температуры.Среди них монокристаллический кремний обладает уникальными преимуществами высокой теплопроводности, низкой плотности, низкого коэффициента расширения и отличных оптических характеристик. Он также играет важную роль в технологии солнечной энергетики, поскольку монокристаллический кремний является основным материалом для производства солнечных элементов [14].

В настоящее время химические и физические методы обработки составляют большинство различных методов подготовки гидрофобных поверхностей. Разави и др. [15] использовали окисление для создания микроструктур на меди.Wang et al. [16] использовали ионное травление для создания микроструктур Si. Однако ни один из них не может контролировать структурную морфологию. Chen et al. [17] разработали быстрый одностадийный процесс электроосаждения для изготовления супергидрофобной катодной поверхности на медной пластине. Лю и др. [18] использовали процесс электроосаждения для изготовления гидрофобной поверхности на Cu. Ян и др. [19] и Gurav et al. [20] разработали несколько новых покрытий, используя золь-гель метод. Зорба и др. [21, 22] использовали фемтосекундный лазер для настройки реакции смачивания кремниевых поверхностей.Однако параметры этих структур с физическим и химическим рисунком не поддаются контролю, а окружающая среда эксперимента очень специфична [23]. В результате трудно точно изучить правила различия между структурой поверхности и смачиваемостью. Обработка очень дорогая, что затрудняет крупносерийное производство [24]. В то же время размер фрезерного инструмента постепенно уменьшается по мере изучения механизма микрообработки. Смачиваемость микроструктур микронного размера можно изучать с помощью микропломбирования [25].Управляемость и повторяемость процесса обработки хорошая. Кроме того, в машиностроении широко применяется технология высокоскоростного микропломбирования. Эта технология известна высокой точностью обработки, высокой эффективностью обработки, простым процессом подготовки и относительно низкой стоимостью подготовки и произвольной формой обработки трехмерной структуры [26]. В этом контексте параметры структуры и морфология любой поверхности могут быть точно определены с помощью технологии микропереработки.Этот метод обработки позволяет точно изучить правила изменения структуры поверхности и смачиваемости. Также упрощена обработка. Кроме того, теоретические модели не могут быть применены ко всем структурам, что привело к большому расхождению между теоретическими и экспериментальными значениями краевого угла смачивания [27].

В этой статье была изменена структура поверхности монокристаллического кремния и выбрана соответствующая структура решетки для получения гидрофобности, которая улучшает теплопроводность и эффективность солнечной энергии, а также увеличивает антикоррозионную способность [28].Во-первых, теоретическая модель, подходящая для характеристик микропломбирования, была создана для изучения влияния микронного размера частиц на краевой угол смачивания капель на поверхности кремния. Во-вторых, микрорельефная структура была изготовлена ​​методом высокоскоростного микропломбирования [29, 30]. В-третьих, угол смачивания, измеренный после механической обработки, сравнивался с анализом при моделировании молекулярной динамики, и изучалось влияние параметров размера микроструктуры на угол смачивания.

2.Построение прогнозной модели
2.1. Основной принцип гидрофобности

Явление смачивания отражает равновесное соотношение трехфазного межфазного натяжения между твердым телом, жидкостью и газом. В 1805 году Юнг [31] впервые вывел функциональное соответствие между статическим краевым углом гладкой поверхности и межфазным натяжением на основе теории термодинамического равновесия. И эта функциональная связь называется «уравнением Юнга».Уравнение Юнга предлагается при условии пренебрежения линейным натяжением и силой тяжести водяных капель. Он используется для измерения идеального угла контакта абсолютно гладкой поверхности. Угол контакта с гладкой поверхностью рассчитывается следующим образом [32]: где, и - межфазные натяжения твердо-газовой фазы, твердо-жидкой фазы и газ-жидкой фазы, соответственно, которые показаны на рисунке 1.


На самом деле поверхность природных твердых тел имеет определенную степень шероховатости.Модель Венцеля [33] и модель Кэсси-Бакстера [34] предлагаются для оценки влияния шероховатости поверхности. Модель Венцеля показывает случай, когда капля сохраняет контакт со всей шероховатой поверхностью, что приводит к увеличению площади межфазного контакта. Напротив, модель Кэсси указывает на тот случай, когда капля перескакивает между пиками шероховатости и покидает промежуточное пространство между границами твердое тело-жидкость и жидкость-газ под ней. Структуры показаны на рисунке 2.

Угол смачивания модели Венцеля рассчитывается следующим образом:

Угол смачивания модели Кэсси – Бакстера рассчитывается следующим образом:

В формулах (2) и (3) r и f равны отношение площади фактического контакта твердого тела с жидкостью к площади горизонтальной проекции капли, названное в честь факторов шероховатости [35]. Модель Кэсси играет важную роль в улучшении гидрофобных свойств поверхности микроструктуры. В результате модель Кэсси является идеальной моделью для описания супергидрофобности твердых поверхностей по отношению к жидкости (воде) [36].

2.2. Построение модели прогнозирования на основе параметров

Схематическая диаграмма решетчатой ​​структуры показана на рисунке 3, где a - ширина выпуклой платформы решетчатой ​​структуры, b представляет ширину шага решетчатой ​​структуры, h - высота выпуклости, а l - длина контактной поверхности капли на поверхности.

На основе свободной энергии Гиббса была создана точная модель прогнозирования, подходящая для характеристик микропломбирования.Площадь поверхности выпуклой площадки под каплями составляет. Свободная энергия Гиббса может быть связана с краевым углом из-за межфазной свободной энергии, а поверхностное натяжение равно по величине. В этой статье модели прогнозирования называются моделью прогнозирования W и моделью прогнозирования C соответственно.

Площади контакта поверхностей раздела твердое тело-жидкость, газ-жидкость и твердое тело-газ модели прогнозирования W следующие:

Согласно уравнению (1), взаимосвязь между поверхностным натяжением и площадями контакта может быть выражена следующим образом:

Следовательно, взаимосвязь между углом контакта и геометрическими параметрами в прогнозной модели W может быть показана следующим образом:

Напротив, области контакта прогнозной модели C отличаются от прогнозной модели W:

Таким образом, взаимосвязь между поверхностным натяжением а области контакта прогнозной модели C могут быть представлены следующим образом:

Согласно уравнению (8) связь между углом контакта и геометрическими параметрами может быть получена следующим образом:

На рисунке 4 показана взаимосвязь между структурными параметрами и контактом. угол, которые были получены из уравнений (6) и (9).

Можно видеть, что, когда высота и ширина промежутка выпуклости постоянны, угол контакта модели прогнозирования W увеличивается с увеличением ширины выпуклой платформы, в то время как угол контакта модели прогнозирования C уменьшается. Более того, когда высота и ширина платформы выпуклости фиксированы, угол смачивания прогнозируемой модели W увеличивается, как и прогнозной модели C.

3. Экспериментальный метод

В качестве экспериментального материала был выбран полированный монокристаллический кремний с 100 кристаллическая поверхность.Его диаметр составлял 25 мм, а толщина - 400 мкм м [37]. Однако силиконовая пластина была слишком тонкой, чтобы закрепить ее на рабочем столе традиционным методом зажима. В результате на тисках закреплялась медь размером 25 мм * 25 мм * 25 мм. Затем верхняя поверхность меди была зачищена фрезой диаметром 3 мм. Наконец, кремниевая пластина плотно и гладко приклеилась к меди. Заготовки обрабатывались на высокоскоростном фрезерном центре, как показано на рис. 5, с помощью обоюдоострого фрезы для микропереработки.Фреза имела диаметр 0,2 мм с алмазным покрытием. Эксперименты проводились при условии, что скорость шпинделя составляла 48000 об / мин, а постоянная скорость подачи составляла 6 мм / мин [38]. На промежуточной поверхности заготовок было обработано 15 решетчатых канавок разного размера для формирования решетчатой ​​структуры.


После обработки эти образцы были очищены в ультразвуковом очистителе, содержащем этанол, в течение 5 минут для удаления заусенцев и примесей, после чего была проведена 10% водная обработка HF для удаления оксида, выросшего на поверхности этих образцов.Затем образцы сушили на воздухе естественным путем, чтобы уменьшить внешние ошибки измерения краевого угла. Всю видимую морфологию образцов наблюдали с помощью трехмерного микроскопа VHX-5000 со сверхвысоким увеличением линзы и трансфокатором (VHX-5000, Keyence, Япония). Краевой угол смачивания решетчатой ​​структуры измерялся оптическим прибором для измерения краевого угла (OCA, DataPhysics, Германия). Середина решетчатой ​​структуры была выбрана в качестве точки измерения краевого угла, чтобы гарантировать, что экспериментальные данные имеют ту же точку измерения.Угол смачивания каждого образца измеряли пять раз, чтобы убедиться в достоверности этих данных [39].

4. Результат и анализ

Во время обработки были зафиксированы как ширина шага b , так и высота выпуклости h . Геометрические параметры конструкции решетчатой ​​структуры приведены в таблице 1. На рис. 6 представлена ​​полученная поверхность решетчатой ​​структуры для Si.


Номер образца Высота выпуклости h ( μ м) Ширина выпуклой платформы a ( μ м) Ширина шага b мкм м)

1 100 60 300
2 90
3 120 120 120 120
5 180
6 200

На рисунке 7 показаны полученные углы смачивания для образца.Краевой угол смачивания необработанного монокристаллического кремния составляет 56,3 °. Кроме того, теоретический краевой угол рассчитывается на основе уравнений (6) и (9). Все данные показаны в Таблице 2.

901

Номер образца Вертикально к канавке Параллельно канавке Прогнозирующая модель W Прогнозирующая модель C
1 82.8 138,7 30,8 136,4
2 80,6 131,0 33,4 128,3
3 74,2 3 74,2 74,2 71,5 122,1 37,3 117,1
5 67,4 119,9 38,8 112,9
6 65.7 113,2 39,6 110,5

В соответствии с таблицей 2 кривая изменения каждого угла контакта показана на рисунке 8. Сравнивая таблицу 2 и рисунок 8, это может быть Видно, что угол смачивания шести образцов значительно улучшен по сравнению с исходным образцом.


Из рисунка 8 видно, что огромное несоответствие в величине краевого угла смачивания между вертикальным направлением и параллельным направлением.В этих шести образцах угол смачивания в параллельном направлении всегда больше, чем в вертикальном направлении, а средняя разница составляет 51,85 °. Понятно, что явление смачивания связано с трехфазным равновесием твердого тела, жидкости и газа. В этой статье нет выпуклой платформы, сдерживающей капли с обеих сторон [40]. Межфазное натяжение твердое тело-жидкость ниже в направлении, вертикальном к канавке, чем в параллельном направлении. Капля будет стремиться полностью растекаться по твердому телу в вертикальном направлении, если она больше, чем.В результате в решетчатой ​​структуре возникнет гидрофобная анизотропия. Сферу легче формировать в параллельном направлении, что приведет к увеличению угла смачивания.

Тенденция краевого угла смачивания в параллельном направлении хорошо согласуется со значением модели прогнозирования C. Рисунок 7 (b) показывает, что существует зазор между каплей и структурой поверхности, что означает, что эта структура соответствует прогнозу. модель C [41]. Установленная модель точно предсказывает контактный угол.В прогнозной модели C угол контакта уменьшался с увеличением ширины выпуклой платформы, как и угол контакта в параллельном направлении.

Из рисунка 8 видно, что угол смачивания в двух направлениях увеличивается по мере изменения ширины выпуклости от 20 мкм м до 60 мкм м. Среди этих образцов наилучшими по гидрофобности оказался образец № 1. Следовательно, чем меньше ширина выпуклой платформы, тем больше угол смачивания и гидрофобные характеристики структуры выше.

На основании приведенного выше анализа краевой угол образца 1 был наибольшим, а гидрофобность - наилучшей. Дальнейший анализ был проведен на образце №1.

На рис. 9 показаны микроструктура поверхности и размер образца 1, которые наблюдались в сверхглубокий 3D микроскоп VHX-5000 под 200 раз. Сравнивая рисунки 9 и 10, можно увидеть, что на краю образца 1 есть заусенцы. Поскольку растягивающее напряжение монокристаллического кремния намного больше, чем его напряжение сдвига, скручивание более легко происходит в процессе измельчения монокристаллического кремния.Тогда в результате появятся трещины и поломки. В результате экспериментальное значение краевого угла больше, чем значение теоретической модели [42]. Однако общий зазор не такой уж и большой, а среднее значение D составляет 4,3 °. Общие углы смачивания позволяют достичь желаемых результатов.


5. Проверка моделирования
5.1. Model Establishment

Монокристаллический кремний представляет собой восьмиугольную кристаллическую структуру алмаза с анизотропией. В сочетании с экспериментом для МД-моделирования была выбрана плоскость 100 монокристаллического кремния.Модель решетчатой ​​микронаноструктуры была построена путем удаления кристаллической ячейки модели из построенной модели. На рисунке 11 представлена ​​имитационная модель этого эксперимента. Верхние молекулы воды располагались равномерно, а нижний кремний занимал четыре атомных толщины слоя.


В этом моделировании начальная температура системы составляла 298 К, ​​а шаг интегрирования составлял 1,0 фс. Периодические граничные условия применялись в направлениях X и Y пространства моделирования.Кроме того, в направлении Z использовалось граничное условие зеркального отражения, а время моделирования составляло 800 пс [43]. Модель SPC использовалась для моделирования капель. Кроме того, потенциал Леннарда-Джонса использовался между атомами кислорода, а потенциал Терсоффа использовался для описания Si и Si в монокристаллическом кремнии. Для описания взаимодействия капли с кремниевой подложкой использовался потенциал Леннарда – Джонса. Потенциальная энергия Леннарда – Джонса рассчитывалась следующим образом [44, 45]: где и - параметры энергии и параметры длины соответственно.

Формула расчета потенциальной функции Терсофф для монокристаллического кремния была следующей: где - потенциальная функция между атомом и атомом, - усеченная функция, - функция отталкивания, - функция низкого порядка, - функция притяжения, - расстояние между атомом и атомом.

Параметры потенциальной энергии модели SPC показаны в таблице 3 [46].



0.1 109,47 0,41 −0,82 78,2 0,3166

5.2. Численный анализ

На рисунке 12 (а) показано состояние капли под поверхностью нормального монокристаллического кремния. Согласно предыдущему моделированию видно, что угол смачивания составляет 87 °. На рисунке 12 (b) показано состояние капли воды под решетчатой ​​структурой. Очевидно, что краевой угол решетчатой ​​структуры равен 124.4 °. Гидрофобность решетчатой ​​структуры подтверждена молекулярной структурой.

6. Заключение

(1) В этой статье была создана теоретическая модель контактного угла, подходящая для характеристик фрезерования. Учитывались характеристики решетчатой ​​структуры с микроперефрезерованием и гарантировалась точность теоретической модели, что делает экспериментальные данные более надежными. (2) Краевой угол смачивания в параллельном направлении всегда был больше, чем в вертикальном.Капли взаимно стеснялись в двух направлениях, что делало гидрофобное состояние более стабильным. Гидрофобная анизотропия решетчатой ​​структуры может быть полезной для особых условий смачивания. (3) Зависимость между краевым углом смачивания и параметром размера решетчатой ​​структуры была определена на основе экспериментальных данных. Для решетчатой ​​структуры с постоянной шириной промежутка и высотой выпуклости чем меньше ширина выпуклой платформы, тем больше угол контакта. Структура решетки, разработанная в этой статье, проста, что также может обеспечить улучшение гидрофобности материала.Существует хорошее руководство по построению гидрофобной поверхности на решетчатой ​​структуре. (4) Разница между экспериментальным значением и теоретическим значением краевого угла смачивания объяснялась наличием некоторых краев схлопывания на краю выпуклости. В целом, краевые углы решетки позволили достичь желаемых результатов.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, были предоставлены Ziyang Cao по лицензии и поэтому не могут быть доступны в свободном доступе.Запросы на доступ к этим данным следует направлять соответствующему автору по запросу по почте.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Выражение признательности

Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку со стороны проекта исследовательского фонда Сучжоуского университета науки и технологий (исследование по анализу целостности поверхности и технологии контроля высокоточного микропереработки; XKZ201604), Национального фонда естественных наук Китай (Исследование динамики и стабильности микроструктур с высокой точностью; 51305286), а также международное сотрудничество в рамках демонстрационного строительного проекта высокого уровня в провинции Цзянсу (Университет науки и технологий Сучжоу и Университет Южного Уэльса совместно организовали высшее образование в механическое проектирование и производство и автоматизация; MOE32UK2A20121234N).

Гидрофобные силановые средства для обработки поверхности - Gelest

Создание гидрофобной поверхности зависит от органического замещения органосилана, покрытия поверхности, остаточных непрореагировавших групп (как силана, так и поверхности) и распределения на поверхности.

Алифатические углеводородные заместители или фторированные углеводородные заместители позволяют силанам вызывать гидрофобность. Гидрофобность поверхности достигается за счет неполярного органического замещения, но также могут быть сделаны более тонкие различия.Гидрофобный эффект органического замещения связан со свободной энергией переноса молекул углеводорода из водной фазы в гомогенную углеводородную фазу. Для неполярных сущностей ван-дер-ваальсовы взаимодействия являются преобладающими факторами во взаимодействиях с водой и конкурируют с водородными связями в упорядочении молекул воды. Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия для твердых поверхностей в первую очередь связаны с мгновенной поляризуемостью твердого тела, которая пропорциональна диэлектрической проницаемости или диэлектрической проницаемости на частоте первичного УФ-поглощения и показателю преломления твердого тела.Сущности со стерически закрытыми структурами, которые минимизируют ван-дер-ваальсовский контакт, более гидрофобны, чем открытые структуры, допускающие ван-дер-ваальсовский контакт. И полипропилен, и политетрафторэтилен более гидрофобны, чем полиэтилен. Аналогичным образом, метилзамещенные алкилсиланы и фторированные алкилсиланы обеспечивают лучшую гидрофобную обработку поверхности, чем линейные алкилсиланы.

Поверхности, которые необходимо сделать гидрофобными, обычно полярны с распределением участков водородных связей.Успешное гидрофобное покрытие должно устранять или смягчать водородные связи и защищать полярные поверхности от взаимодействия с водой, создавая неполярную межфазную поверхность. Гидроксильные группы являются наиболее частыми участками водородных связей. Водороды гидроксильных групп могут быть удалены путем образования оксановой связи с органосиланом. На гидрофобное поведение влияет способность силана реагировать с гидроксилами, устраняя гидроксилы как центры адсорбции воды и обеспечивая точки привязки для неполярного органического замещения силана, который защищает полярные субстраты от дальнейшего взаимодействия с водой.

Стратегии обработки поверхности силаном зависят от популяции гидроксильных групп и их доступности для связывания. Простой концептуальный случай - это реакция органосиланов с образованием монослоя. Если все гидроксильные группы закрыты силанами и поверхность эффективно экранирована, достигается гидрофобная поверхность. Реально не все гидроксильные группы будут реагировать, оставляя остаточные участки для водородных связей. Кроме того, на поверхности может быть недостаточно точек крепления, чтобы позволить органическим заместителям эффективно экранировать подложку.Следовательно, субстратные реактивные группы силана, условия осаждения, способность силана образовывать мономерные или полимерные слои и природа органического замещения - все это играет роль в придании поверхности гидрофобности. Минимальные требования к гидрофобности с экономическими ограничениями для различных применений еще больше усложняют выбор.

Гидрофобные покрытия для коррозионной стойкости и остеоинтеграции

Легкие сплавы, такие как титан, магний и алюминий, все чаще используются в высокопроизводительных приложениях из-за их исключительных эксплуатационных характеристик.Титан отличается высокой прочностью, малым весом и исключительной устойчивостью к коррозии. Алюминий и магний обладают схожими механическими свойствами, дешевле и проще в эксплуатации. Каждый из них обладает уникальным набором качеств, которые при правильном использовании могут принести ряд преимуществ любому конкретному приложению.

Благодаря этим и другим характеристикам сплавы легких металлов широко используются в таких сложных областях, как аэрокосмическая и оборонная промышленность, автомобилестроение, медицинские протезы, ортопедические и зубные имплантаты, а также в промышленных процессах.Эти испытательные приложения требуют уникального сочетания качеств для улучшения характеристик используемых материалов.

Но легкие сплавы - не панацея от всех проблем, связанных с материалами. Сплавы алюминия и магния химически активны, поэтому вступают в реакцию с поверхностными загрязнениями и корродируют. Титан и его сплавы могут стать подверженными коррозии в условиях высоких температур. Они нуждаются в дополнительной защите, и именно здесь высокоэффективные поверхностные покрытия делают вещи интересными.

Поверхностные покрытия могут защитить эти материалы, позволяя использовать их в этих условиях испытаний. А гидрофобные покрытия с низкой или несмачиваемой поверхностью позволяют использовать сплавы легких металлов в очень специфических областях, где отталкивание жидкостей является важной характеристикой применения металла. Но преимущества гидрофобного покрытия простираются дальше, чем вы можете подумать.

Смачиваемость и гидрофобность

Смачиваемость поверхности, измеряемая по углу смачивания от нуля до 180 градусов, является мерой того, будет ли капля жидкости растекаться по этой поверхности или уклоняться от поверхности за счет «комкования».Это определяется балансом адгезионных и когезионных сил жидкой и твердой поверхности. Гидрофобная поверхность вызовет комкование жидкости.

Более высокие силы адгезии, возникающие при низком крае смачивания, приводят к растеканию жидкости и ее прилипанию к поверхности, что называется гидрофильным. Более высокие силы сцепления, силы, которые заставляют молекулы плотно связываться с низкими силами сцепления с поверхностью, заставляют жидкость образовывать каплю на этой твердой поверхности, которая, следовательно, является гидрофобной с большим углом смачивания.

Итак, если инженер-материаловед не хочет, чтобы жидкости растекались или прилипали к твердой поверхности, они хотят, чтобы эта поверхность имела высокий угол смачивания, что означает низкую или несмачиваемость и, следовательно, гидрофобные свойства. Любая жидкость, от дождевой воды до едких кислот и масел, будет находиться на поверхности в виде капель.

Поверхности с углом контакта, равным нулю или близким к нулю, называются супергидрофильными. Точно так же поверхности с углом контакта примерно от 150 до 180 градусов известны как супергидрофобные.Таким образом, супергидрофобная поверхность обладает высокой водоотталкивающей способностью. Для многих применений водоотталкивающие свойства являются важной, но часто недооцененной характеристикой.

Роль гидрофобных покрытий поверхности

Почему инженеру по материалам нужно выбирать гидрофобную поверхность? Хорошим примером является передняя кромка крыла самолета, которая может обледенеть во время полета или на земле. Эти передние кромки обычно изготавливаются из легких конструкционных сплавов (обычно с высоким содержанием алюминия).Титановые сплавы могут использоваться, когда, например, передняя кромка может подвергаться воздействию высоких температур, например, в сверхзвуковом самолете.

Если передняя кромка может быть покрыта гидрофобным покрытием с низкой смачиваемостью, которое отталкивает воду, вероятность прилипания льда к крылу снижается, и поэтому он не может образовывать слои льда, которые влияют на аэродинамику крыла и потенциально могут вызвать катастрофу, например, USAir Flight 405.

Лопатки паровых и газовых турбин - еще один пример, в котором гидрофобные поверхности играют важную роль.Они работают в суровых условиях, когда важны высокая прочность, малый вес, жесткость, коррозионная стойкость и термостойкость. Капли жидкости могут прилипать к лопаткам и соплам турбины, включая загрязняющие вещества, образующие отложения.

Эти отложения могут деформировать лезвия и сопла или вызывать коррозию поверхностей, особенно компонентов, изготовленных из легких сплавов, которые подвержены коррозии. Деформация и коррозия, в свою очередь, могут вызвать отказ компонентов, особенно если чистота пара низкая.

Однако капли жидкости и коррозионные отложения не могут прилипать к компонентам турбины с гидрофобными покрытиями, что позволяет турбине работать плавно, даже если пар или газ содержат загрязняющие вещества. Это снижает как риск отказа, так и время простоя для обслуживания, что может значительно повысить ценность определенных конструкций.

Гидрофобные покрытия в остеоинтеграции и биоматериалах

В медицине и технологии дентальных имплантатов остеоинтеграция - это процесс прямого слияния или прямого прикрепления костной ткани к имплантату.Он чаще всего используется в контексте титановых имплантатов, покрытых титаном и фосфатом кальция, и медицинских протезов, таких как устройство для замены тазобедренного сустава.

В большинстве случаев костная ткань, и особенно клетки остеобластов, которые способствуют росту кости, более эффективно сливаются с имплантатом из легкого сплава, если металлическая поверхность имеет шероховатую поверхность. Гидрофильные поверхности облегчают процесс, способствуя адгезии клеток и большей интеграции клеток остеобластов.

Имплантаты с гидрофобными поверхностями уменьшают или предотвращают интеграцию кости и имплантата из-за того, как клетки прилипают к поверхностям.Однако, хотя гидрофобная поверхность снижает пролиферацию остеобластов, она способствует дифференцировке остеобластов в остеоциты. Эти звездчатые клетки являются фундаментальным и самым крупным компонентом костной ткани, поэтому стимулирование их роста является положительным шагом.

Несмотря на то, что это развивающаяся область исследований, исследования показывают, что имплантаты с шероховатой супергидрофильной поверхностью, которая имеет наложение супергидрофобной поверхности, могут быть оптимальной комбинацией для ускорения остеоинтеграции.Подобные исследования подчеркивают, что состав поверхностных покрытий может быть оптимизирован для пролиферации и адгезии клеток.

Поверхностные покрытия, которые могут быть адаптированы для демонстрации гидрофобных свойств

Как показано выше, существует множество областей применения, где требуется гидрофобное или супергидрофобное поведение поверхности легкого сплава. Однако необработанные металлические поверхности и большинство обычных обработок поверхности не обеспечивают требуемый угол смачивания и, следовательно, требуемые супергидрофобные характеристики для многих современных применений.

Однако инженеры-материаловеды, выбирающие технологию покрытия поверхности плазменным электролитическим окислением (ПЭО), могут обеспечить требуемые супергидрофобные свойства. PEO использует ванну с электролитом и плазму для образования керамического покрытия на легких сплавах. Есть две особенности PEO, позволяющие инженерам вводить супергидрофобное поведение. Во-первых, покрытие является многослойным, а верхний слой пористым, что означает возможность введения добавок, изменяющих поведение покрытия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *