TR201918217A1 - Ultrahizli lazer ve sol-jel i̇le cam yüzeyi̇ne hi̇drofobi̇k ve süperhi̇drofobi̇k özelli̇kler kazandirilmasi - Google Patents

Abstract

Buluş, cam yüzeyinde ışık geçirgenliği yüksek bir hidrofobik/süperhidrofobik kaplama elde etme yöntemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME ULTRAHIZLI LAZER VE SOL-JEL ILE CAM YÜZEYINE HIDROFOBIK VE SÜPERHIDROFOBIK ÖZELLIKLER KAZANDIRILMASI TEKNIK ALAN Bulus, soda-kireç-silika kompozisyonuna sahip ince düz cam ürünlerin ultrahizli fiber lazer ve sol-jel kaplama uygulanarak cam yüzeyine hidrofobik ve süperhidrofobik özellikler kazandirilmasi ile ilgilidir. ÖNCEKI TEKNIK Malzemelerde en önemli yüzey özelliklerinden biri, yüzeyin su itici veya hidrofobik özellikte olmasidir. Hidrofobik kaplamali camlar, düzcam ve otomotiv sektöründe yaygin olarak kullanilmaktadir. Hidrofobik/süperhidrofobik kaplamalarin, pencere cami ve fotovoltaik (PV) sistemlerinin temizliginden tekstil ürünlerinin temizligine kadar uygulama imkâni oldugundan gelistirilmis optik kalitede etkin ve dayanikli yüzeylerin üretilmesine yönelik son on yilda literatürde sayisiz arastirma çalismalari yer almistir. Hidrofobik/süperhidrofobik özellik, genelde yüzeyde mikro- nano ölçeginde nano-pürüzlülük olusumu ile birlikte düsük yüzey enerjisine sahip bir malzemenin yüzeye uygulanmasi sonucunda elde edilmektedir.

Birçok farkli kaplama teknigi içerisinde sol-jel prosesi, düsük sicakliklarda ve yüksek saflikta ürün elde edilmesi, basit ve kolay uygulanabilmesi, karisik sekillerdeki malzemelere ve büyük alana uygulanabilmesi açisindan hidrofobik ve süperhidrofobik kaplamalarin hazirlanmasinda yaygin olarak kullanilmaktadir. Bu çerçevede hidrofobik, süperhidrofobik ve hidrofilik yüzey karakteri, genel itibari ile çalisilagelmistir.

EP 0492545 A2 numarali patentte, kaplamayi uygulamadan önce substrat bir astar kaplama islemine tabi tutularak hidrofobik kaplamanin yüzeye tutunmasi güçlendirilmistir. Çok ince ara tabaka olan astar islemi en az iki hidrolize edilebilir fonksiyona sahip olan Silisyum (Si) bilesikleri veya astar diye tanimlanan ajanlar kullanilarak olusturur. Iyi bilinen sekilde, hidrolize edilebilir iki fonksiyondan birisi Si atomuna bagli olan bir oksijen atom ile substrata kimyasal baglantiyi saglar; hidrolize edilebilir ikinci fonksiyon hidrofobik ajanin sabitlenmesini saglar. Astar ajani olarak ise, SICI4, SiHCIs, ve Cl-(SiCl20)nSiCI3 bilesikleri yer alabilmektedir.

EP 944687 numarali patentte, yagmur engelleyici ve bir alt tabaka ya da kaplamalari Si(OEt)4 ya da SiCI4 tipi bir bilesik ile elde edilen sol-jel silika bazli bir fonksiyonel grubu bilesik ile tabaka içeren kaplamalari tarif edilmektedir.

Sonuç olarak, ilgili teknik alanda mevcut bulus ile yenilik yapilmasi amaçlanmaktadir. Buna göre cam yüzeylerine, hidrofobik ve süperhidrofobik özelliklerini kazandirmak üzere uygulanan prosesler bir sonraki bölümlerde açiklanmaktadir. 1. Yüzey Koruyucu Kaplamalar 1.1. Kendi Kendini Temizleyen Kaplamalar Günümüzde, teknolojik gelismelerin birçogu dogadan elde edilen bilgilerle olusturulmustur. Kendi kendini temizleme teknolojisi bunlardan biridir. Dogadaki birçok yüzey kendi kendini temizleme yetenegine sahiptir. Kelebeklerin kanatlari, nilüfer ve lahana gibi birçok bitkinin yapraklari örnek olarak verilebilir. Kendi kendini temizleyen kaplamalarin pencere cami ve günes panellerinin temizliginden tekstil ürünlerinin temizligine kadar uygulama imkâni oldugundan, gelistirilmis optik kalitede etkin ve dayanikli yüzeylerin üretilmesine yönelik çok sayida arastirma çalismalari bulunmaktadir.

Kendi kendini temizleyen kaplamalar genel olarak hidrofilik (su-seven) ve hidorofobik (su-itici) tanimi altinda iki kategori altinda siniflanirlar. Hidrofilik kaplamalarda cam yüzeyinde yayilan suyla birlikte kir ve safsizliklar tasinirkeni hidrofobik kaplamalarda su tanecikleri top gibi yuvarlanarak yüzeyi temizlerler.

Hidrofilik kaplamalarda, uygun metal oksitin günes isigi yardimiyla yüzeyde biriken komplike kirler dekompoze edilmektedir. Hidrofilik yüzeyin su ile temas açisi <90° iken, hidrofobik yüzeylerin >90°, süperhidrofobik yüzeylerin ise > 1500 dir. Kendi kendini temizleyen kaplamalarin birçok sektörde (tekstil, otomotiv, optik, denizcilik, havacilik, vb.) potansiyel uygulamalari bulundugundan birçok ürün ticarilestirilmistir. 1.2. Hidrofobik ve Süper Hidrofobik Kaplamalar Hidrofobik kaplamalar, ticari olarak düzcam ve otomotiv sektöründe yaygin olarak kullanilmaktadir. Bununla birlikte, süper-hidrofobik kaplamalarla ilgili çesitli çalismalar literatürde genis yer bulmaktadir. Son on yilda, süperhidrofobik yüzeylerin (suya karsi temas açisi > 1500, kayma açisi < 50) üretimiyle ilgili literatürde çok sayida farkli metot yayinlanmistir. Süperhidrofobik yüzeyler, kendi kendini temizleme ve korozyon önleyici özelliklerinden dolayi, özellikle kendi kendini temizleyen araba ön camlari, günes hücreleri ve optik camlarda teknolojik uygulama imkâni olmustur. Süperhidrofobik özellik, yüzeyde mikro-nano ölçeginde nanopürüzlülük olusumu ile birlikte düsük yüzey enerjisine sahip bir malzemenin yüzeye uygulanmasi sonucunda elde edilmektedir.

Birçok farkli kaplama teknigi içerisinde sol-jel prosesi düsük sicakliklarda yüksek saflikta ürün elde edilmesi, basit ve kolay olmasi, karisik sekillerdeki malzemelere ve büyük alana uygulanma sansi, düsük maliyet getirmesi açisindan süperhidrofobik kaplamalarin hazirlanmasinda avantaj sunmaktadir. Süper hidrofobik yüzeylerin, donmayan yüzey (anti-icing), elektriksel islanma (electro- wetting) ve yag itici olmasindan dolayi bu yüzeylere yönelik yogun arastirma çalismalari bulunmaktadir. 1.3. Hidrofilik Fotokatalitik Kaplamalar Her ne kadar hidrofilik kaplamalarla ilgili ticarilesebilen birkaç ürün olsa da bu kaplama alanindaki çalismalar henüz olgunlasmamistir. Hidrofilik kendi kendini temizleyen kaplamalarin gelistirilmesiyle ilgili yakin zamana kadar birçok çalisma yapilmis ve bu alanda düzenli yayinlar bulunmustur. Ilk kendi kendini temizleyen kaplama ile kaplanmis düzcamlari Pilkington Sirketler grubu CVD prosesiyle Pilkington ActivT'VI adi altinda ticarilestirmistir. Kendi kendini temizleyen boyalar, Lotusan firmasi tarafindan ticarileserek Avrupa'da yaygin olarak kullanilmaktadir.

Cardinal Glass, Saint-Gobain ve PPG firmalari bu teknolojiyi kullanan diger firmalardan birkaçidir. Ayrica, Schott firmasinin Sol-jel prosesiyle son dönemde gelistirip ürettigi kolay temizlenen (easy-to-clean) hidrofilik ve hidrofobik kaplamalari bulunmaktadir. Anataz formundaki Ti02 'in UV isigi altinda süperhidrofilik özellik gösterdigi bilinmektedir. Son zamanlarda, UV maruziyeti gerekmeden süperhidrofilik davranis sergiledigi öne sürülen granüler ara faz etkisine sahip sol-jel TiOz-SiOz kompozit ince filmlerin gelistirildigini gösteren birçok literatür çalismasi bulunmaktadir. 1.4. Kendi kendini temizleyen Kaplamalarda ileri Arastirma Çalismalari Laboratuvar ölçegindeki birçok çalisma, basarili olarak sonuçlansa da, gerçek sartlara dönüstürüldügünde ayni basariyi göstermemektedir. Pencerelere yönelik kendi kendini temizleyen kaplamalarin gelistirilme asamasinda kaplamalarin yüzeyden dökülmesi en çok dikkat edilmesi gereken durumdur. Kaplama yüzeylerinde herhangi bir mikro çatlak/çizik olmamasi ve kaplamanin yüzeye biriktirilmesi esnasinda herhangi bir hava boslugu olmamasi gerekmektedir.

Kaplama yüzeyindeki su damlaciklarinin davranisi bir diger odaklanmasi gereken durumdur. Üretilen kaplamaya su damlaciklarinin nüfuz etmemesi gerekmektedir.

Bu gibi etkenler, kendi kendini temizleyen kaplamalarin ticarilesmesinde daha ileri arastirma ve gelistirme gereken konulari olusturmustur. Kendi kendini temizleyen kaplamalarin sentezinde kullanilan çesitli malzemeler ve üretim prosedürlerinin özeti akis diyagrami halinde verilmektedir. 2. Sol-jel Teknolojisinin Uygulandigi Sektörler 2.1. Sol-jel Kaplamalarin Mimari Camlara Uygulamalari Endüstriyel devrimin gerçeklesmesinden sonra bina dis cephelerinin rolü fazlasiyla degismistir. Bina tasarimi asamasinda, isil, görünür geçirgenlik ve günes faktörü dikkatlice incelenecek parametrelerin sadece birkaçini olusturmaktadir. Bunlarin disinda, 2002/91/CE EU Direktifinde belirtilen enerji düzenlemeleri, mimari camlarda ince film biriktirmeye yönelik büyük ölçekte sürdürülebilir çözümlere yönelik bulgular talep etmektedir.

XX. yüzyilin ikinci yarisindan sonra kaplamali camlar üzerinde yogun çalisilmalar yapilmis ve uygulamaya geçilmistir. Günümüzde, bina cephesinin geleneksel masif duvarlar yerine, Nano-teknoloji ve Biyomimikleme alanlarindaki buluslara göre uyarlanabilecek hücre zari gibi aktif rol alan, dolayisiyla, bina çehresine bagli olarak sürekli degisim gösteren ve dis çevre arasinda geçirgenlik, hafiflik, incelik ve geri dönüslük özelliklerini yitirmeden kullanilabilecek kaplamalarin önemli bir potansiyel olusturmasi hedeflenmistir.

Mimari camlarda en çok kullanilan kaplamalar, antireflektif, hidrot'ilik veya hidrofobik yüzeylerle kendi kendini temizleyen kaplamalar olusturmaktadir. Ticari olan kaplamalarin çogunun çok islevsel olma özelligi bulunmamaktadir. Low-e camlar üzerinde biriktirilen sol-jel antireflektif kaplamanin Low-e isik yansiticiligini %1iin altina indirdigi gösterilmis ve AR kaplamali Low-e camlardan olusan TGU (triple glazing unit) insa edilebilirligi ispatlanmistir. Böylelikle, AR islem görmüs TGU pencerelerin U-degerlerini cam görünürlügü etkilemeden ciddi bir sekilde azalttigi belirlenmistir. Mimari alanda sol-jel kaplamalarin kullanimindaki temel avantajlar kaplama biriktirme sicakliklarinin (150°C - düsük olmasi ve böylelikle diger kaplama islemlerine göre proses maliyetleri ile çevreye karsi etkisinin minimum düzeyde kalmasidir.

Central Glass firmasi tarafindan gelistirilen sol-jel SiOz-Zr02-kolloidal SiO2 kaplamalar cam yüzeyine hidrofilik özellik kazandirarak su damlaciklarinin ince bir film olarak yayilmasini saglamaktadir. Ayna yüzeyine herhangi bir hidrofobik kontaminasyon olusmasi durumunda nötr özellikte bir deterjan yardimiyla kontaminasyon kolayca bertaraf edilmektedir. Bu hidrofilik kaplamalar, rulo veya püskürterek kaplama yöntemiyle uygulanmakta ve banyo ortami gibi nemli ortamlarda yüksek dayanim göstermektedir. Ayrica Central Glass firmasinin dis mekân kullanima yönelik aynalara ve özellikle araba yan aynalarina yönelik gelistirdigi Ti02-8i02 esasli hidrofilik kaplamalar ise döndürerek kaplama yöntemiyle uygulanmakta ve Ti02 içerigiyle dis mekânda uzun vadede kullanilabilmektedir. 2.2. Sol-jel Kaplamalarin Otomotiv Camlarina Uygulamalari NSG (Nippon Sheet Glass) firmasi tarafindan 2007'den beri araba ön camlari için üretilen hidrofobik kaplamalar bulunmaktadir. Otomobil pencerelerinde kullanilan hidrofobik kaplamalar genellikle Floroalkil silanlar (FAS) ve Polidimetoksisilanlarin (PDMS) kullanildigi sol-jel uygulamalarla üretilmektedir. Püskürtme yöntemiyle uygulanan bu tür kaplamalar, ucuz ekipman ve kimyasallar kullanimiyla büyük alan uygulamasina uygun kaplamalardir. Otomobil pencerelerine hidrofobik kaplamalar son 10 yildir otomobil sektöründe yer almaktadir. Toyota tîrmasinin PDMS içeren Rain X ve FAS içeren Soarer örnek olarak verilebilir. Bununla birlikte Central Glass firmasinin gelistirdigi ve pratik dayaniminin mükemmel oldugu iddia edilen araba ön ile arka pencere camlarinda kullanilan hidrofobik kaplamalari ve ön camlar için gelistirdigi mükemmel su kaydirici özelligi oldugu iddia edilen kaplamalari bulunmaktadir. Yine Central Glass firmasinin sol-jel prosesiyle araba arka camlarina yönelik gelistirdigi nötr gri renkli kaplamalari ve yan aynalar için gelistirdigi Titanyum fotokatalist içeren ve yagmurlu günlerde yagmur damlalarindan etkilenmeyen hidrofilik kaplamalari bulunmaktadir. Ayrica NSG firmasi tarafindan otomobil pencerelerine yönelik sol-jel prosesiyle elde edilen ve rulo kaplama teknigiyle ürettigi düsük yansitmali, UV sogurucu ve renkli kaplamalari içeren çesitli isik kontrol kaplamalar tasarlanmistir. 3. Ultra hizli lazer mekanizmasi Saydam malzemeler; örnegin camlar için ultra hizli lazer atmalarinin olusum mekanizmasi iki bölüm halinde ortaya konmaktadir: 1. Ultra hgli Ia_zer ile üretilen gltra hizli lazer enerjisinin cam tarafindan 509“ urulmasi a) Baslangiç çekirdek elektronlarin, serbest elektronlarin dogrusal olmayan foto-iyonazisyonu ile elde edilmesi Çoklu fotonlarin sogurulmasiyla elektron degerliliklerin düzenlenmesini sürecini kapsamaktadir. Bu asamalar; i) Baslangiç çekirdek elektronlarin elde edilmesiyle, elektronlar fotonlari dogrusal olarak sogurarak enerjilerini bir üst düzeye çikarmaktadir. Bu süreç, “serbest tasiyici sogurma süreci" olarak tanimlanmaktadir. ii) Serbest elektronlar, lazer atmasi “Joule isitma süreci” olarak bilinen elektronfonon- foton çarpismalariyla enerji kazanirlar. iii) Serbest elektronlarin enerji düzeyi malzemenin bant araligi enerji düzeyinden büyük oldugunda, elektron degerlik bandindaki sinir elektronu ile çarpisarak enerjiyi transfer eder. Böylece, degerlik bandindaki elektron, iletim bandina geçmis b) Çoklu foton-iyonazisyonu Iyonizasyon süreci ile elektronlar, fotonlari sogurmaya ve/veya birbirleriyle çarpismaya devam ederler. Bu sürecin devaminda, degerlik bant elektronlarinin iletim bandina transferiyle “Avalanche iyonizasyonu” olarak da adlandirilan çoklu- foton iyonizasyonu gerçeklesir. c) Plazma olusumu Belirli sayida degerlik bandindaki elektronun, çoklu-foton iyonizasyonu ile iyonize olmasi sonucunda malzeme içinde plazma olusumu gerçeklesmis olur. 2. Sogurulmus enerjinin dagitilmasi Bu mekanizma basamagi ile ultra hizli lazer atmalari ile yaratilan enerji, plazmadan transfer edilir.

Düz cam yüzeylerde mikro ve nano pürüzlülük olusturulmasi için kullanilan lazer sistemi, ultra hizli fiber lazer tasarimini kapsamakta ve asagidaki temel kisimlardan olusmaktadir: 1) Lazer-Optik: Osilatör, ön yükseltgeç, güç yükselteci ve sikistirici ile demet yükselticinden olusmaktadir. Lazer sisteminin ana parametreleri, dalga boyu 1030- araliginda olacak sekilde tasarlanmistir. 2) Elektronik kontrol: Lazer atma sikligi kontrolü saglanmakta, optik sinyalin kontrolünün saglanabilmesi için optik sinyali elektronik sinyale dönüstürülmesi gerçeklestirilmekte ve sicaklik kontrolü yapilmaktadir. 3) Yazilim: Lazerin atma sikliginin ve dogrusal konumlayicinin kontrolü ile sistemin izlenmesi saglanmaktadir. Böylece, atma tekrar sikliginin degistirilmesi, lazer gücü ve atma enerjisinin ayarlanmasi gerçeklestirilmektedir. 4) Motorize iki eksenli (x-y) konumlayici, z-ekseni konumlayici(asansör) ve güç kaynagi ünitesi.

Ultra hizli fiber lazer sistemi ile ince düz cam dayaniminin islenmesinde belirleyici olan ana parametreler lazer gücü, atma frekansi, atma enerjisi ve çizgiler arasi mesafe olarak siralanmaktadir. Bulus konusu yöntemde bahsedilen parametrelerin detaylari su sekildedir: a) Lazer gücü(mW): Tasarlanmis lazer gücü, 0-1000 mW araligidir ve dogrudan yazilim üzerinden ayarlanabilmektedir. b) Atma tekrar sikligi/frekansi (kHz-MHz): Ultra hizli tiber lazer tasarimi geregi 200 kHz-22 MHz araligindadir. c) Atma enerjisi(pJ): Atma frekansi; atma enerjisi ile lazer gücü arasindaki iliskinin tanimidir. Ultra hizli fiber lazer tasarimi geregi 0-5 pJ araligindadir. d) Çizgiler arasi mesafe (Tarama sikligi, mm): Ultra hizli fiber lazer tarafindan üretilen isinim noktalarinin olusturdugu çizgilerin arasindaki mesafedir. e) Tarama hizi(mmls): Ultra hizli fiber lazer tarafindan üretilen ve düz cam yüzeyine islenen isinim noktalarinin olusturdugu çizgilerin olusturulma hizidir. f) Geçis sayisi: Ultra hizli fiber lazer tarafindan üretilen ve düz cam yüzeyine islenen isinim noktalarinin ayni bölgeyi kaç kez taradigini ifade eder.

BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulus isik geçirgenligi yüksek, hidrofobik/süperhidrofobik kaplama cam yüzeyi elde etme yöntemleri ile ilgilidir.

Bulusun ana amaci, hidrofobik veya süperhidrofobik kaplamaya sahip bir cam ortaya koymaktir.

Bulusun diger bir ana amaci, yüksek isik geçirgenligi özelligine sahip bir cam ortaya koyma ktir.

Bulusun bir diger amaci, kolay temizlenebilme özelligine sahip bir cam ortaya koymaktir.

Yukarida bahsedilen ve asagidaki detayli anlatimdan ortaya çikacak tüm amaçlari gerçeklestirmek üzere mevcut bulus, cam yüzeylerine hidrofobik ve süperhidrofobik özellikler kazandirmak üzere uygulanan prosesler ile ilgilidir. Buna göre ultra hizli femtosaniye fiber lazer cihazinin kullanimi ile cam yüzeyde mikro ve nano boyutta pürüzlülük olusturulmaktadir. Bu sayede ultra hizli femtosaniye fiber lazer islemi sonrasi uygulanan kaplama islemi ile cam yüzeylerine, hidrofobik ve süperhidrofobik özellik kazandirilmasi saglanmaktadir. Buna göre asagidaki, i. Cam yüzeyine temizlik islemlerinin uygulanmasi, ii. Temizlenen cam yüzeylere pürüzlülük islemlerinin olusturulmasi, iii. (ii) adimi uygulanan cam yüzeyine kaplama prosesinin uygulanmasi, iv. Kürlesme prosesinin uygulanmasi içermesi ile karakterize edilmektedir.

Bulusun mümkün yapilanmasinda (i) adiminda bahsedilen temizlik islemleri, ultrasonik banyoda gerçeklestirilmektedir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasi (i) adiminda temizleme islemlerinin, 20 dakika ila 40 dakika arasinda bir süre boyunca uygulanmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (ii) adiminda bahsedilen cam yüzeyinde pürüzlülük islemi, ultra hizli femto saniye lazer ile gerçeklestirilmektedir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (ii) adiminda kullanilan lazer cihazinin atim periyodu, tercihen 200 femtosaniye ila 300 femtosaniye arasi bir degerde uygulaniyor olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (ii) adiminda kullanilan lazer cihazinin frekansi, 175 kHz ila 250 kHz arasi bir degerde uygulaniyor olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (ii) adiminda kullanilan lazer cihazinin geçis sayisi 10 ila 50 defa arasi bir degerde uygulaniyor olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda bahsedilen cam yüzeyine kaplama isleminde, sol-jel kaplama malzemeleri kullanilmaktadir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda bahsedilen sol-jel kaplama malzemesi olarak F30-(CF2)m-(CH2)p-Si-Os formül yapisinda bilesiklerin kullaniliyor olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda kullanilan sol-jel malzemesinin m degerinin 1 ile 5 arasinda bir degerde olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda kullanilan sol-jel malzemesinin p degerinin 3 ile 8 arasinda olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda kullanilan sol-jel malzemesinin Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda kullanilan Floro alkali silan/Etanol çözeltisinin agirlikça 1:1 ila 1:50 oranlari arasinda bir degerde olmasidir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda sol-jel kaplama malzemesi cam yüzeyine uygulanmasi islemi, 20 0C ila 40 0C arasinda bir sicaklikta gerçeklestirilmektedir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iii) adiminda sol-jel kaplama malzemesi cam yüzeyine uygulanmasi islemi, 100 dakika ila 150 dakika arasinda bir süre ile gerçeklestirilmektedir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iv) adiminda bahsedilen kürlesme prosesi, 100 °C ila 150 °C dereceleri arasinda bir sicaklikta uygulanmaktadir.

Bulusun tercih edilen yapilanmasinda (iv) adiminda kürlesme prosesi, 40 dakika ila 75 dakika arasinda bir sürede gerçeklestirilmektedir.

BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu detayli açiklamada bulus konusu, cam malzeme yüzeylerine hidrofobik ve süperhidrofobik özellik kazandirilmasi prosesi ile ilgili olup, asagidaki metinlerde bulus ile ilgili açiklamalar yapilmaktadir.

Mevcut bulusun temel dayanagi lotus etkisi adi verilen prensibe dayandirilmaktadir.

Temel prensibe göre yüzey pürüzlülügü, hidrofil yüzeylerin islanabiliriigini gelistirirken (0< 90°): hidrofob yüzeylerin islanabilirligi (9› 90°) ise düsürmektedir.

Süperhidrofob yüzey üzerindeki damla kaymamakta, yuvarlanarak ilerlemektedir.

Damla, üzerinde kirlilik tasidiginda partikül ve yüzey arasindaki absorpsiyon kuvveti statik sürtünme kuvvetinden büyük ise kir yüzeyden uzaklastirilmaktadir. Genellikle kiri uzaklastirmak için gerekli kuvvet, kir ve yüzey arasindaki temas alaninin minimum seviyede olmasi nedeniyle çok düsük olmaktadir.

Mevcut bulusta cam yüzeylerinde ultra hizli lazer sayesinde mikron boyutta pürüzlülükler olusturulmasi saglanmaktadir. Bu sayede sol-jel ile kaplanmis pürüzsüz yüzeylerde temas açisi 80° iken, pürüzlülük yaratilmis cam yüzeylerinde 170° temas açisi ile süperhidrofob malzemeler elde edilebilmesi saglanmaktadir.

Nano yapili hidrofob partiküllerin herhangi bir yüzey üzerine baglanmasi zor bir istir. Baglanmanin kalici olmasi istenmektedir. Genellikle yüzeyler az veya çok hidrofil yapidadir. Bu yüzden hidrofob partiküller ve yaygin plastik yüzeyler oldukça uyusmaz yapida olup ancak bir kaplama sistemi ile uyumlu hale getirilebilmektedir.

Yukaridaki metinlerde bahsedildigi gibi cam yüzeylerine, hidrofobik ve süperhidrofobik özelliklerini saglamak üzere belli boyutlarda pürüzlülük yaratilmasi gerekmektedir. Mevcut bulus, ultra hizli femtosaniye lazer ile pürüzlülügün saglanmasi ve lazer islemi sonrasinda hidrofobik ve süperhidrofobik özelligi saglayabilecek olan kaplama malzemenin cam yüzeyine kaplanmasi islem adimlarini içermektedir. Cam yüzeyinin hidrofobik ve süperhidrofobik özelliklerinin asagidaki, i. Cam yüzeyine temizlik islemlerinin uygulanmasi, ii. Temizlenen cam yüzeylere pürüzlülük islemlerinin olusturulmasi, iii. (ii) adimi uygulanan cam yüzeyine kaplama prosesinin uygulanmasi, iv. Kürlesme prosesinin uygulanmasi (i) adiminda bahsedilen cam yüzeyine temizlik islemleri, yüksek frekansli ses dalgalarina dönüstürülen yüksek frekansli elektrik enerjisi ile gerçeklesmektedir. Bu sayede cam yüzeyi tank içerisindeki sivi ile kavitasyon olusturulmasi ve temizlik islemlerinin tamamlanmasi saglanmaktadir. (i) adiminda bahsedilen cam yüzeyine temizlik islemleri tercihen 20 ile 40 dakika arasi bir sürede gerçeklestirilmektedir. (ii) adiminda bahsedilen cam yüzeyinde pürüzlülük islemi, ultra hizli femto saniye lazer kullanilmaktadir.

Mevcut bulusta kullanilan lazer cihazinin enerji ve tarama sikligi, cam yüzeyinde olusturulan hidrofobik ve süperhidrofobik özelliklerine etki etmektedir.

Mevcut bulusta kullanilan lazer cihazinin atim enerjisi tercihen 3 mikrojoule ila 6 mikrojoule arasi bir degerde olmaktadir.

Mevcut bulusta kullanilan lazer cihazinin atim periyodu tercihen 200 femtosaniye ila 300 femtosaniye arasi bir degerde olmaktadir.

Mevcut bulusta kullanilan lazer cihazinin frekansi tercihen 175 kHz ila 250 kHz arasi bir degerde olmaktadir.

Mevcut bulusta tercih edilmesi durumunda cam yüzeyine lazer prosesi sonrasinda olusan kirliliklerin temizlenmesi amaciyla ikinci bir ultrasonik temizleme islemi uygulanabilmektedir. (iii) adiminda bahsedilen cam yüzeyine kaplama islemi, sol-jel kaplama yöntemi uygulanarak yapilmaktadir. Bu sayede sol-jel yöntemi ile silika nanopartiküller olusturularak cam yüzeylerinin sivi itici özelliklerinin degistirilmektedir. (iii) adiminda cam yüzeyine kaplama isleminde baslatici kimyasal malzeme olarak bir floro alkil silan bilesigi kullanilmaktadir.

Bulusun tercih edilen bir yapilanmasinda bahsedilen sol-jel kaplama malzemesi olarak, FsC-(CF2)m-(CH2)p-Si-Oa formül yapisinda bilesikler kullanilmaktadir.

Bulusun tercih edilen bir yapilanmasinda sol-jel kaplama malzemesi olarak kullanilan bilesiginin m degeri 1 ile 5 arasinda, p degerinin 3 ile 8 arasinda olmasidir. (1 H,1 H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane) kullanilmaktadir. (iii) adiminda cam yüzeyine kaplama isleminde çözücü olarak etanol kullanilmaktadir. (iii) adiminda cam yüzeyine kaplama isleminde kullanilan Floro alkali silan/Etanol çözeltisi agirlikça 1:1 ila 1:50 oranlari arasinda bir degerde olmaktadir. (iii) adiminda sol-jel kaplama malzemesi cam yüzeyine uygulanmasi islemi, tercihen 20 0C ila 40 0C sicakliklari arasinda olmaktadir. (iii) adiminda sol-jel kaplama malzemesinin cam yüzeyine uygulanmasi islemi, 100 dakika ila 150 dakika arasinda bir süre ile gerçeklestirilmektedir. (iv) adiminda bahsedilen kürlesme prosesi, 100 °C ila 150 °C dereceleri arasinda bir sicaklikta uygulanmaktadir. Bu sayede (iii) adiminda kullanilan çözücü kimyasal maddenin uçurulmasi saganmaktadir. (iv) adiminda bahsedilen kürlesme prosesi, 40 dakika ila 75 dakika arasinda bir sürede gerçeklestirilmektedir. Bu sayede (iii) adiminda kullanilan sol-jel kaplama malzemesi cam yüzeyine kaplanabilmektedir.

Deneysel Çalismalar Bulus ile önerilen proses sayesinde cam yüzeylerinin hidrofobik/süperhidrofobik özellikler kazandirilmasi saglanmaktadir. Cam yüzeylerine hidrofobik/süperhidrofobik özelliklerinin saglanabilmesi için kullanilan cihazlarin optimum degerleri hesaplanabilmesi için birtakim testler uygulanmaktadir. 1. Ultra hizli lazer ile cam yüzeye uygulanan isinin tarama sikliginin cam Mevcut bulusta ultra hizli lazer cihazi ile cam yüzeyine isin gönderilmekte ve sonucunda isinin enerji büyüklügüne göre cam yüzeyinde mikro boyutta pürüzlülükler olusturulmaktadir. Olusturulan iki pürüz arasindaki mesafenin yakinligi veya uzakligi tarama sikligi olarak adlandirilmaktadir. Lazer isininin cam yüzeyindeki bölgeye kaç kere uygulandigi ise geçis sayisini belirtir.

Testler kullanilan lazer cihazinin, isin atim enerjisi 5 uj, isin atim hizi 50 mm/s, geçis sayisi ise 50 kez seklindedir.

Uygulanan testte ayni özelliklere sahip 4 adet cam numune kullanilmaktadir. Lazer cihazinin cam yüzeye uygulandigi tarama sikligi disinda tüm özellikleri sabittir.

Tablo 1'de lazer cihazinin tarama sikligi ile cam yüzeyinin temas açisindaki degisimler gösterilmektedir.

Test Parametreleri Numune 1 Numune 2 Numune 3 Numune 4 Tarama Sikligi (pm) 40 50 60 80 Tablo 1. Tarama sikliginin temas açisina etkisi Ultra hizli lazer uygulanmadan sadece sol-jel kaplama malzemesi uygulandiginda cam yüzeyde ki temas açisi yaklasik 80' olmaktadir. Lazer cihazi ile pürüzlülük olusturulduktan sonra kaplama malzemesi ile cam yüzeyinde islem yapildiginda temas açisi 160°`ye kadar çikmaktadir. Lazer cihazinin tarama sikligi ile cam yüzeyin temas açisi dogru orantilidir. 2. Ultra hizli lazer ile cam yüzeye uygulanan isinin enejisinin temas açisina Ultra hizli lazer cihazinin isinlarinin atim enerjisi, uygulanan cam yüzeyin temas açisina etkisi arastirilmaktadir. Deney kosullari olarak lazer cihazinin, hizi 50 mm/s deney boyunca sabit seklindedir. Tablo 2ide Deney sonrasi sonuçlari gösterilmektedir.

Testler kullanilan lazer cihazinin isin atim hizi 50 mm/s, geçis sayisi ise 50 kez, tarama sikligi ise 50 um sabit degerlerdir.

Uygulanan testte ayni özelliklere sahip 4 adet cam numune kullanilmaktadir. Tablo 2'de lazer cihazinin atim enerjisi ile cam yüzeyinin temas açisindaki degisimler gösterilmektedir.

Test Parametreleri Numune 5 Numune 6 Numune 7 Numune 8 Tablo 2. Atim enerjisinin temas açisina etkisi Ultra hizli lazer cihazinin isin atim enerjisinin yüksek olup olmamasi cam yüzeyindeki pürüzlülügün üzerine etkisi yüksektir. Tablo 2'e göre isin atim enerjisi yüksek ise temas açisina etkisi de o sekilde yüksek olmaktadir. 3. Ultra hizli lazer ile cam yüzeye uygulanan isinin geçis sayisinin temas açisina etkisi Ultra hizli lazer cihazinin isinlarinin cam yüzeyindeki geçis sayisinin, temas açisina etkisi arastirilmaktadir. Lazer cihazinin, isin atim enerjisi 5, 4.5, 4 ve 3.5 uj; isin atim hizi 50 mm/s; geçis sayisi ise 10 ve 50 kez olacak sekilde belirlenmistir.

Deney sonrasi sonuçlari Tablo 3'te gösterilmektedir.

TestParametreleri Numune9 Numune10 Numune11 Numune 12 Tablo 3. Geçis sayisinin temas açisina etkisi Tablo 3'te belirtilen sonuçlara göre geçis sayisinin artisi ile beraber temas açisi da artis göstermektedir. 4. Kaplama prosesi uygulandiktan sonra cam yüzeyinde SEM-EDS cihazindaki ölçümlerinden 0,688 keV noktasinda pik olusturmaktadir. Bu pik sayesinde kaplama yüzeyinde flor elementinin varligi kanitlanmaktadir.

. Kaplama prosesi uygulanmasindan sonra cam yüzeyinde ki geçirgenlik degerlerine parametrelerine göre degismekle beraber %88'e varan isik geçirgenligi degerlerine ulasilmaktadir.

Claims (1)

1. ISTEMLER Bulus, isik geçirgenligi yüksek, hidrofobik/süperhidrofobik cam yüzeyi elde etme yöntemi olup özelligi; söz konusu yöntem asagidaki, cam yüzeyine, ultrasonik yöntem ile banyoda 20-40 dakika arasinda bir süre ile temizlik islemlerin uygulanmasi, temizlik islemlerinin uygulandigi cam yüzeylere, ultra hizli femtosaniye lazerler vasitasiyla pürüzlülük olusturma islemlerinin uygulanmasi, burada sözü edilen pürüzlülük islemlerinin gerçeklestirilmesi için ultra hizli femtosaniye lazerin atim periyodu 200-300 femtosaniye arasinda bir degerde ve frekansi ise 175-250 kHz degerleri arasinda bir degerdedir, pürüzlülük olusturulmus cam yüzeylere, istenilen hidrofobik özellikleri saglamak üzere çözücü içerisinde sol-jel kaplama malzemesinin uygulanmasi, burada sözü edilen sol-jel kaplamanin F3C-(CF2)m-(CH2)p-Si- 03 formül yapisinda bilesikler olmasi, (iii) adimi sonrasi, cam yüzey ile kaplama malzeme arasinda etkilesimi arttirmak ve istenmeyen çözücüleri uzaklastirmak üzere kürlesme islemlerinin gerçeklestirilmesi ve burada sözü edilen kürlesme isleminin sicakligi 100 °C ila 150 °C arasinda bir degerde olmasi, islem adimlarini içermesi ile karakterize edilmektedir. . Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; sözü edilen (ii) adiminda ultra hizli femtosaniye lazerin geçis sayisi, 10-50 arasi bir degerde uygulaniyor olmasidir. Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; (iii) adiminda, sol-jel malzemesinin m degerinin, 1 ile 5 arasinda bir degerde olmasidir. . Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; (iii) adiminda sol-jel malzemesinin, p degerinin 3 ile 8 arasinda olmasidir. . Istem 1-4'ten birine göre bir yöntem olup özelligi; (iii) adiminda sol-jel olmasidir. . Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; (iii) adiminda çözücünün etanol olmasi ve kaplama malzemesi/çözücü agirlikça 1:1-1:50 oranlari arasinda bir degerde olmasidir. . Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; (iii) adiminda sol-jel kaplama malzemesi cam yüzeyine uygulanmasi islemi, 20-40 0C arasinda bir sicaklikta gerçeklestiriliyor olmasidir. . Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; (iii) adiminda sol-jel kaplama malzemesi cam yüzeyine uygulanmasi islemi, 100-150 dakika arasinda bir süre ile gerçeklestiriliyor olmasidir. . Istem 1'e göre bir yöntem olup özelligi; (iv) adiminda kürlesme prosesi, 40- 75 dakika arasinda bir sürede gerçeklestiriliyor olmasidir.