Väitös materiaalitieteen alalta, MSc Mehran Mirmohammadi

Väitöskirjan nimi: Fabrication of multifunctional superhydrophobic surfaces

Väittelijä: Mehran Mirmohammadi
Vastaväittäjä: Prof. Kosmas Ellinas, University of the Aegean, Kreikka
Kustos: Prof. Sami Franssila, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Oletko huomannut, miten tietyt vihannekset, kuten purjo tai parsakaali, hylkivät vettä pesun aikana? Tai miettinyt, miten perhoset pysyvät kuivina sateessa? Luonto tarjoaa arvokkaita oppitunteja tekniikassa. Tämä merkittävä kyky tunnetaan superhydrofobisuutena, ominaisuutena, joka mahdollistaa pintojen veden hylkimisen ja kuivana pysymisen.

Tämä väitöskirja keskittyy monitoimisten superhydrofobisten pintojen kehittämiseen. Se tutkii monia valmistusstrategioita, kuten replikaatiota, litografiaa, kalvon saostusta ja etsausta, luodakseen superhydrofobisia pintoja, jotka omaavat useita ominaisuuksia, mukaan lukien johtavuus, kostumisanisotropia, jäänestokäyttäytyminen ja antibakteeriset vaikutukset.

Lisäksi väitöskirjassa tutkitaan superhydrofobisten pintojen kestävyyttä mekaanisten kuormitusten, kuten kulutuksen, alaisena, mikä vaikuttaa merkittävästi niiden vedenhylkimisominaisuuksiin ja siten niiden käyttöikään ja suorituskykyyn monissa sovelluksissa. Se tutkii erilaisia strategioita, mukaan lukien ulokkeiden luomista, nanorakenteiden suojaamista mikrorakenteiden avulla ja kovien pinnoitteiden käyttöä mekaanisen kestävyyden parantamiseksi.

Superhydrofobiset materiaalit ja pinnat tarjoavat monitoimisia etuja, mukaan lukien parantuneet antibakteeriset vaikutukset. Niiden nanorakenteinen muotoilu minimoi kiinteän kosketuspinnan, estäen bakteerien tarttumista ja kasvua ylläpitämällä atrapattua ilmakerrosta pinnan ja bakteerien välillä. Tutkimus osoittaa, että superhydrofobisuuden ja kuparin yhdistäminen parantaa merkittävästi antibakteerisia ominaisuuksia verrattuna pelkästään superhydrofobisiin tai pelkästään kuparipintoihin, ja tämä ilmenee elinkykyisten solujen huomattavasta vähenemisestä. Lisäksi superhydrofobiset pinnat näyttävät poikkeuksellisen alhaista jääkiinnittymistä erityisesti alhaisessa kosteudessa jäätymisen yhteydessä. Vesipisaroiden alla olevat ilmataskut hidastavat lämmönsiirtoa, viivyttävät jään muodostumista ja lisäävät niiden monitoimisuutta. Tässä väitöskirjassa esitellyt pinnat näyttävät matalaa jääkiinnittymistä useiden jäätymis-leikkaus-syklien jälkeen; kuitenkin toistuvien jäätymis-sulamissyklien jälkeen joitakin heikentymiä niiden ominaisuuksissa jäi. Nämä tulokset osoittavat, että superhydrofobiset ominaisuudet voidaan integroida monitoimisiin pintoihin, mahdollistaen niiden toiminnan käytännön sovelluksissa.

Avainsanat: monitoiminnalliset pinnat, kestävyys, muotista toistaminen, kynttilän noki, kasvin lehti, jäätä hylkivä, antibakteerinen, superhydrofobisuus

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot:
mehran.mirmohammadi@aalto.fi