Biyobenzetilmis nano yüzey yapıları kullanarak ıslanma ve akış kontrolü

Abstract

Projemizin amacı nano-ölçek yüzey yapılandırmanın yüzey ıslanmasına, akısa ve ısı transferine olan etkilerinin incelenmesidir. Bu nano-ölçek mekanizmaları moleküler dinamik yöntemi ile simüle ettik. Silika-su arasındaki gerekli parametreleri quantum hesapları ile bulduk. Standart yogunluk-fonksiyonları kabüllerinin hesaplayamadıgı fakat dispersive vander- Waals kuvvetlerinin dogru bulunması için gerekli uzun erimli elektron etkilesimlerini DFTD3 grubundan Becke-Johnson modeliyle hesapladık. Devamında silikon yüzeylerin kristal yapısı ve amorf özelliklerine göre ıslanmasındaki degisimini karakterize ettik. Farklı katı yüzey molekül yogunluklarında farklı silikon kristal yapıları seçerken, benzer yüzey molekül yogunlugu aralıgında amorf silikon yapılarını farklı sok sogutmalar yaparak elde ettik. Katı moleküler dizilimlerin ıslanmaya etkisini karakterize ettik. Devamında silika yüzeylerin ıslanmasını inceledik. ?-kristobalit formunun, amorf-silika özelliklerine benzerligi dogrultusunda seçtik. Farklı yüzey yapıları olusturarak ıslanmada olusan degisimi inceledik. Mevcut Cassie-Baxter ve Wenzel ıslatma modellerinin, bu nano-ölçek ıslatma mekanizmalarını tahmin edemedigini gösterdik. Islanma açısının yüzey yapısının geometrik özellikleri ile degisimini karakterize ettik. Devamında yüzey yapılarının neden oldugu çivilenme/takılma etkilerinin literatürde ilk defa detaylı karakterize ettik. Temas çizgisi çıkıntıya takılmıs bir damlacıgın ıslatma açısı damlacık hacminin büyümesi/küçülmesi ile dogrusal oranda artıp/azaldıgını ve bu davranısın boyutlardan ve yüzey ıslatma özelliklerinden bagımsız olarak yüzey yapısının ve damlacıgın büyüklüklerinin oranı cinsinden olustugunu gösterdik. Devamında çalısdıgımız degisik yapılara sahip yüzeylerden nano-kanallar olusturduk. Bu kanallarda basınçla sürülen akısların hız profillerini ve arayüzlerinde olusan kayma hızlarını ölçtük. Yüzey yapılarının ıslanma açısını arttırarak yüzeyi hydrophobik yapmasına ragmen beklenenin aksine kayma hızını azalttıgını bulduk. Mevcut literatürde ıslanma açısının artmasıyla kayma uzunlugu artısını açıklayan modellerin düz olmayan yüzeylerde geçerli olmadıgını gösterdik. Devamında aynı kanal setinde duvardan duvara tek yönde iletim ile ısı transferi çalıstık. Sıcaklık profillerinden arayüz ısıl direnci nedeniyle olusan sıcaklık atlamalarını Kapitza uzunlugu cinsinden ölçtük. Kapitzanın da artan ıslanma açısına karsın azaldıgını gösterdik. Sonuçta ıslanma açısını, kayma hızını ve Kapitza uzunlugunu yüzey yapısının hacmi, yüksekligi ve genisligi cinsinden karakterize ettik. Ihtiyaç duyulan ıslanma, akıs yada ısı transferi yüzey yapılarıyla ayarlanabilir.