تاثير غلظت الكتروليت آمونيم فلورايد در فرايند آندايزينگ تيتانيم بر زبري ميكرو- نانومقياس سطح به منظور دستيابي به خاصيت ابرآبگريزي

Effect of concentration of ammonium fluoride electrolyte in the anodizing process of titanium on the micro-nanoscale roughness in order to achieve superhydrophobicity

در اين پژوهش، براي ايجاد سطوح ابرآبگريز؛ سطوح با زاويه تماس بيش‌تر از °150 از طريق دستيابي به زبري سلسله مراتبي (زبري ميكرو-نانو مقياس)؛ در تيتانيم از فرايند آندايزينگ استفاده شده و اثر تغيير غلظت الكتروليت بر ريزساختار سطح مورد بررسي قرار گرفته است. در نمونه ­هاي آندايز شده كه با اعمال اسيد استئاريك انرژي سطحي كم را بدست آورده­ اند، با تغيير غلظت آمونيم فلورايد از 0/01 تا 1 مولار، زاويه ترشوندگي متفاوتي از 126 تا 154 درجه حاصل شد. نتايج بررسي­ها با ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد كه در نمونه ساخته شده در غلظت­ هاي كم آمونيوم فلورايد، ساختارهايي به شكل مخروط درخت كاج بر سطح رشد كرده ­اند كه با ابعادي در مقياس ميكرومتري و متشكل از ساختار نانوورقه ­اي هستند و ابعاد اين مخروط ­ها با افزايش غلظت آمونيم فلورايد به 0/5 مولار كاهش و تعداد آن­ها در واحد سطح افزايش مي­ يابد و افزون براين، ساختار نانومتخلخل بدست آمده كه در اين نمونه حالت ابرآبگريزي به دست آمده است. با افزايش بيشتر غلظت آمونيم فلورايد به 1 مولار، ساختارهاي مخروط­كاجي شكل ديده نمي­شود و سطح لايه اكسيدي حاصل از آندايزينگ به صورت سطحي صاف و نانومتخلخل ديده مي­ شود كه اين موضوع منجر به دستيابي به زاويه ترشوندگي 140 درجه شده است.

A In this study, to create superhydrophobic surfaces on titanium; surfaces with contact angles higher than 150 ° by achieving hierarchical roughness (micro-nanoscale roughness); the anodizing process has been used and the effect of changing the electrolyte concentration on the surface microstructure is investigated. In anodized samples, which obtained the low surface energy by applying stearic acid, a different wetting angle of 126 to 154 degrees was obtained by changing the concentration of ammonium fluoride from 0.01 to 1 M. The results of scanning electron microscopy showed that Pine cone-shaped structures had grown on the surface with micrometer-scale dimensions consisting of a nanoflake structure in the sample made at low concentrations of ammonium fluoride. The dimensions of these Pine cones decrease with increasing the concentration of ammonium fluoride to 0.5 M and the number of them increases per unit area. In addition, the nanoporous structure is obtained, which resulted in the superhydrophobicity in this sample. By further increasing the concentration of ammonium fluoride to 1 M, the Pine cones structure are vanished and the surface of the oxide layer resulting from anodizing is seen as a smooth and nanoporous surface, which has led to a wetting angle of 140 degrees.