Preparation and characterization of superhydrophobic texture surfaces

Abstract

Su tutmaz veya ıslanmaz (süperhidrofobik) kumaş yüzeylerinin hazırlanması, pek çok alan için önem taşımaktadır. Nanomalzemelerle kumaş yüzeyi kaplanarak süperhidrofobik özellik sağlanabilmektedir. Bu amaçla çeşitli malzemeler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, nanoboyuttaki iki farklı malzeme kullanılarak pamuk kumaş yüzeylerinin su tutmaz hale getirilmesi ve elde edilen yüzeylerin su tutmazlık özelliklerinin ve yapılarının karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, SiO2 nanoküreleri (ya da nanoparçacıkları) ve ZnO nanoçubukları yüzeye kaplanarak karakterizasyon çalışması yapılmıştır. Ayrıca, yüzey üzerinde gerçekleştirilen bu nanopartikül ve nanoçubuklar üzerinde DTMS ile yüzey modifikasyonu yapılmıştır. Su tutmazlık özelliğinin en önemli ölçütü su damlaları ile yüzey arasındaki temas açısıdır. Temas açısı 900'den küçük ise yüzey hidrofilik, 90-1500 arasında ise yüzey hidrofobik, 1500'den büyük ise yüzey süperhidrofobik olarak adlandırılır. Yapılan karakterizasyon çalışmalarında, önce temas açıları ölçülerek, en yüksek temas açıları SiO2 nanoküreleriyle 1530 ve ZnO nanoçubuklarıyla 1510 olarak ölçülmüştür. SEM fotoğrafları parçacık şekillerinin küre ve çubuk şeklinde olduğunu doğrulamış ve parçacık boyutlarının başlangıç çözeltisindeki madde miktarı ve oranıyla değiştiği, SiO2 nanokürelerinin çaplarının 200-300 nm aralığında olduğu anlaşılmıştır. EDS ve XPS çalışmaları sonucunda yüzey üzerine SiO2 ve ZnO yerleştiği görülmüştür. XRD analizleri sonuunda ZnO nanoçubuklarının ortalama boyutları hesaplanabilmiş ve boyutların 36-260 nm arasında değiştiği anlaşılmıştır. Sonuç olarak, her iki metotla da süperhidrofobik özelliğin kumaş yüzeyine kazandırılabildiği, elde edilen temas açılarının birbirine yakın olduğu gözlenmiştir.Preparation of Water repellent (superhydrophobic) texture surfaces, is crucial for most areas. Superhydrophobic characteristic can be obtain by coating the texture surfaces with nanomaterials. It is possible to use various materials for this purpose. In this study, it is aimed to obtain a superhydrophobic surface on cotton fabrics with two different materials and to compare the water repellency and structures of obtained materials. For that purpose, SiO2 nanospheres (or nanoparticles) and ZnO nanorods are obtained and fabricated on surface and a characterization of the study is achieved. Furthermore, surface modification is achieved on these nanoparticle and nanorods which performed on surface, by DTMS. The most important criteria of the water repellency is the angle between the water drop and the surface. When the contact angle is higher than 900, surface is called hydrophillic; when it is between 90-1500, surface is called hydrophobic and when it is higher than 1500, the surface is called superhydrophobic. For the characterization study, primarly contact angel measurements are done and the best results are achieved as 1530 for SiO2 and 1510 for ZnO nanorods. SEM photos are confirmed that the particles exhibit spherical and rod shapes and it is understood the particle size varies with the amount of starting sol and also the diameters of the SiO2 nanospheres are between the 200-300 nm. As the result of EDS and XPS analyzes, it is seen that SiO2 and ZnO are sited on the surface. By XRD analyze, the average size of the particles are calculated and it is understood the outcomes range between 36-260 nm.Consequently, it is observed that the superhydrophobic characteristic can be obtain with both methods and the contact angels are close to each other