فناوری نانو – پوشش‌ها و سطوح فوق‌آب‌‌‌‌‌‌‌‌‌گریز – ارزیابی عملکرد و طبقه‌بندی براساس اندازه‌گیری زاویه تماس به روش قطره بی‌پایه – مشخصه‌یابی و روش‌های آزمون
"Superhydrophobic—Nanotechnology Performance—surfaces and coatings assessment and classification according to contact angle measurement using sessile drop Characterization and test—method "
شماره:
۲۳۰۰۱
سال انتشار:
1400
سطوح فوق آب‌گریز سطوحی به شدت آب‌گریز هستند و به سختی خیس می‌شوند خاصیت فوق آب‌گریزی در طبیعت در مواردی قابل مشاهده است مانند برگ نیلوفر آبی پدیده فوق آب‌گریزی با «حالت کسی بکستر» و یا «پدیده برگ نیلوفر آبی» نیز بیان می‌شود.
سطوح فوق آب‌گریز کاربردهای روزافزونی در صنایع مختلف دارند بعضی از خواص ویژه سطوح فوق آب‌گریز عبارتند از خاصیت خود تمیز شوندگی مقاومت در برابر خوردگی یخ‌گریزی، ضد غبار بودن، ضدباکتری بودن، کم اصطکاک بودن و سازگار بودن با بدن بازار تقریبی پوشش‌های فوق آب‌گریز در سال ۲۰۲۰ حدود ۱٫۸ میلیارد دلار بوده است. برای ساخت سطوح فوق آب‌گریز روش‌های متنوعی توسعه داده شده است، مانند: رسوب‌دهی بخار شیمیایی لایه‌نشانی چرخشی کندوپاش رسوب‌دهی پلاسما، حکاکی شیمیایی، سل ژل فوتولیتوگرافی ، آندایزینگ، اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی. سطوح فوق آب‌گریز به دلیل خاصیت‌های مذکور در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند سطوح فوق آب‌گریز مورد استفاده در صنعت در معرض شرایط کاری مختلفی قرار می‌گیرند و خواص سطوح فوق آب‌گریز به تدریج تغییر کرده و یا از بین می‌رود. این شرایط کاری عبارتند از سایش مکانیکی، قرار گرفتن در معرض نور خورشید، قرار گرفتن در محیط شیمیایی خورنده و سیکل دمایی. بنابراین دوام سطوح فوق آب‌گریز هنگامی که در برابر این شرایط قرار می‌گیرند باید بررسی شود.
برای سنجش کمی آب‌گریزی از آزمون زاویه تماس استفاده می‌شود. طبق تعریف علمی، زاویه تماس استاتیکی سطوح فوق آب‌گریز بالای ۱۵۰ درجه و زاویه تماس پسماند آنها کمتر از ۱۰ درجه است. برای دستیابی به زاویه تماس بزرگتر از ۱۵۰ درجه، علاوه بر انرژی سطحی کم، زبری سطح نیز لازم است. همچنین برای داشتن زاویه تماس پسماند کمتر از ۱۰ درجه، زبری‌ها باید در ابعاد نانو باشند تا آب به درون زبری‌ها نفوذ نکند. لازم به ذکر است در صورت نفوذ آب به درون زبری‌ها علیرغم اینکه زاویه تماس ممکن است زیاد باشد ولی زاویه تماس پسماند دیگر کوچکتر از ۱۰ درجه نخواهد بود سطوح با زاویه تماس بالای ۱۵۰ درجه و زاویه تماس پسماند بالا سطوح شبه فوق آب‌گریز نامیده می‌شوند بیانهای دیگر شبه فوق آب‌گریزی «اثر گلبرگ رز» و «حالت ونزل» است.
متاسفانه علیرغم بازار بزرگ و روزافزون سطوح فوق آب‌گریز تاکنون استاندارد ملی و بین‌المللی برای ارزیابی عملکرد سطوح فوق آب‌گریز هنگامی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار می‌گیرند وجود ندارد. این استاندارد برای رسیدن به هدف فوق تدوین شده است و زبان مشترکی بین خریدار و فروشنده ایجاد می‌کند.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین روش‌های آزمون برای ارزیابی عملکرد سطوح و پوشش‌های فوق آب‌گریز است. هنگامی که این سطوح در معرض شرایط محیطی مختلف مانند تنش برشی و نرمال سایش ضربه نرم (مانند آب، ضربه سخت مانند شن نور خورشید مایعات اسید باز مواد (یونی) و سیکل دمایی قرار می گیرند ممکن است خواص فوق آب‌گریز خود را تا حدی و یا به طور کامل از دست بدهند. معیار ارزیابی عملکرد خواص فوق آب‌گریزی بر اساس اندازه‌گیری زوایای تماس پیشروی، پسروی و محاسبه زاویه تماس پسماند قبل و بعد از قرار گرفتن سطح در معرض شرایط ذکر شده در بالا است انتخاب نوع آزمون به کاربرد سطح یا پوشش فوق آب‌گریز و توافق طرفین ذی نفع بستگی دارد.
شماره استاندارد ملی ایران:
۲۳۰۰۱
سال انتشار:
1400
فناوری نانو – پوشش‌ها و سطوح فوق‌آب‌‌‌‌‌‌‌‌‌گریز – ارزیابی عملکرد و طبقه‌بندی براساس اندازه‌گیری زاویه تماس به روش قطره بی‌پایه – مشخصه‌یابی و روش‌های آزمون
"Superhydrophobic—Nanotechnology Performance—surfaces and coatings assessment and classification according to contact angle measurement using sessile drop Characterization and test—method "
سطوح فوق آب‌گریز سطوحی به شدت آب‌گریز هستند و به سختی خیس می‌شوند خاصیت فوق آب‌گریزی در طبیعت در مواردی قابل مشاهده است مانند برگ نیلوفر آبی پدیده فوق آب‌گریزی با «حالت کسی بکستر» و یا «پدیده برگ نیلوفر آبی» نیز بیان می‌شود.
سطوح فوق آب‌گریز کاربردهای روزافزونی در صنایع مختلف دارند بعضی از خواص ویژه سطوح فوق آب‌گریز عبارتند از خاصیت خود تمیز شوندگی مقاومت در برابر خوردگی یخ‌گریزی، ضد غبار بودن، ضدباکتری بودن، کم اصطکاک بودن و سازگار بودن با بدن بازار تقریبی پوشش‌های فوق آب‌گریز در سال ۲۰۲۰ حدود ۱٫۸ میلیارد دلار بوده است. برای ساخت سطوح فوق آب‌گریز روش‌های متنوعی توسعه داده شده است، مانند: رسوب‌دهی بخار شیمیایی لایه‌نشانی چرخشی کندوپاش رسوب‌دهی پلاسما، حکاکی شیمیایی، سل ژل فوتولیتوگرافی ، آندایزینگ، اکسیداسیون پلاسمای الکترولیتی. سطوح فوق آب‌گریز به دلیل خاصیت‌های مذکور در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند سطوح فوق آب‌گریز مورد استفاده در صنعت در معرض شرایط کاری مختلفی قرار می‌گیرند و خواص سطوح فوق آب‌گریز به تدریج تغییر کرده و یا از بین می‌رود. این شرایط کاری عبارتند از سایش مکانیکی، قرار گرفتن در معرض نور خورشید، قرار گرفتن در محیط شیمیایی خورنده و سیکل دمایی. بنابراین دوام سطوح فوق آب‌گریز هنگامی که در برابر این شرایط قرار می‌گیرند باید بررسی شود.
برای سنجش کمی آب‌گریزی از آزمون زاویه تماس استفاده می‌شود. طبق تعریف علمی، زاویه تماس استاتیکی سطوح فوق آب‌گریز بالای ۱۵۰ درجه و زاویه تماس پسماند آنها کمتر از ۱۰ درجه است. برای دستیابی به زاویه تماس بزرگتر از ۱۵۰ درجه، علاوه بر انرژی سطحی کم، زبری سطح نیز لازم است. همچنین برای داشتن زاویه تماس پسماند کمتر از ۱۰ درجه، زبری‌ها باید در ابعاد نانو باشند تا آب به درون زبری‌ها نفوذ نکند. لازم به ذکر است در صورت نفوذ آب به درون زبری‌ها علیرغم اینکه زاویه تماس ممکن است زیاد باشد ولی زاویه تماس پسماند دیگر کوچکتر از ۱۰ درجه نخواهد بود سطوح با زاویه تماس بالای ۱۵۰ درجه و زاویه تماس پسماند بالا سطوح شبه فوق آب‌گریز نامیده می‌شوند بیانهای دیگر شبه فوق آب‌گریزی «اثر گلبرگ رز» و «حالت ونزل» است.
متاسفانه علیرغم بازار بزرگ و روزافزون سطوح فوق آب‌گریز تاکنون استاندارد ملی و بین‌المللی برای ارزیابی عملکرد سطوح فوق آب‌گریز هنگامی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار می‌گیرند وجود ندارد. این استاندارد برای رسیدن به هدف فوق تدوین شده است و زبان مشترکی بین خریدار و فروشنده ایجاد می‌کند.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین روش‌های آزمون برای ارزیابی عملکرد سطوح و پوشش‌های فوق آب‌گریز است. هنگامی که این سطوح در معرض شرایط محیطی مختلف مانند تنش برشی و نرمال سایش ضربه نرم (مانند آب، ضربه سخت مانند شن نور خورشید مایعات اسید باز مواد (یونی) و سیکل دمایی قرار می گیرند ممکن است خواص فوق آب‌گریز خود را تا حدی و یا به طور کامل از دست بدهند. معیار ارزیابی عملکرد خواص فوق آب‌گریزی بر اساس اندازه‌گیری زوایای تماس پیشروی، پسروی و محاسبه زاویه تماس پسماند قبل و بعد از قرار گرفتن سطح در معرض شرایط ذکر شده در بالا است انتخاب نوع آزمون به کاربرد سطح یا پوشش فوق آب‌گریز و توافق طرفین ذی نفع بستگی دارد.