Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Anas Al-Azawi

Kaskaiden siivet ja lootuksen lehdet ovat luonnosta löytyviä esimerkkejä voimakkaasti vettä hylkivistä pinnoista. Vesipisarat vierivät helposti pois molemmilta kastelematta pintaa ja puhdistavat samalla pinnoilla olevan lian pois. Ilmiön nimi on superhydrofobisuus ja ilmiön saavuttamiseksi vaaditaan mikro- ja nanotason rakenteita yhdistettynä matalan pintaenergian omaavaan pintakemiaan. Itsepuhdistuvat pinnat, virtausvastusta vähentävät pinnat ja huurretta estävät pinnat ovat esimerkkejä superhydrofobisuuden mahdollisista sovelluksista esimerkiksi aurinkokennoihin tai lääketieteellisiin laitteisiin. Superhydrofobisten pintojen tarkka karakterisointi on avainasemassa uusien pintojen kehittämisessä. Tärkeimmät parametrit ovat pinnan topografia, kuvioiden tiheys sekä pinta-energia sekä näiden väliset korrelaatiot.

Tässä työssä käytettiin pisaroiden värähtelyyn perustuvaa kitkan mittausta määrittämään mikropilaripintojen superhydrofobisuuden aste. Mittauksessa hyödynnetään magneettista nestepisaraa ja siihen kohdistuvista kitkavoimista määritetään pinnan kiinteän osuuden sekä pintakemian vaikutus. Menetelmän etuna on erottelukyky: kaikki valmistetut kombinaatiot pinnan ominaisuuksissa saatiin mitattua ja erotettua toisistaan. Sen sijaan perinteisemmällä kontaktikulmaan perustuvalla mittaustekniikalla ei ollut mahdollista erottaa kahta melko samanlaista pintaa toisistaan. Piistä valmistettujen superhydrofobisten pintojen lisäksi työssä valmistettiin magneettisesti liikuteltavia elastisia superhydrofobisia mikropilareita. Nämä pilarit matkivat solujen värekarvoja ja niiden avulla voidaan liikuttaa pinnalla olevia pisaroita haluttuihin suuntiin, kun pilareita taivutetaan ja suoristetaan magneettikentällä. Värekarvoja mukailevia pintoja kehitettiin entisestään hyödyntämällä tioleeni- polymeerejä.

Työssä hyödynnettiin tioleenien elastisuuden muokkausta sekä pinnan funktionalisointia kolloidisilla mikro- ja nanopartikkeleilla, joilla saavutettiin entistä parempi ja kestävämpi superhydrofobisuus. Näiden parannusten avulla saavutettiin korkeiden ja kapeiden pilareiden liikuttelu ilma- ja nesteympäristöissä. Superhydrofobiset magneettisesti hallittavat pinnat saattavat johtaa sovelluksiin esimerkiksi nesteiden tehostetussa sekoittamisessa mikrofluidistiikassa, virtausantureissa sekä rajapintoina biomateriaalien kanssa lääketieteellisissä laitteissa.

Vastaväittäjä on professori Rafael Taboryski, Tanskan teknillinen korkeakoulu, Tanska

Kustos on professori Robin Ras, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Tohtorikoulutettavan yhteystiedot: Anas Al-Azawi, [email protected], +358504380699

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä Zoomissa. Linkki tilaisuuteen

Zoom-pikaopas

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja