Väitös automaation, systeemien ja säätötekniikan alalta, M.Sc. Arthur Vieira

Väitöskirjan nimi: Wetting Characterization of Hydrophobic Opaque Surfaces and Micro Fibers

Tohtoriopiskelija: Arthur Vieira
Vastaväittäjä: Dr. Michael Kappl, Max Planck Institute for Polymer Research, Saksa ja Prof. Pasi Kallio, Tampereen yliopisto
Kustos: Prof. Quan Zhou, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Kastuminen on avainasemassa jokapäiväisissä ilmiöissä, aina hiekkajyvästen tarttumisesta hiekkalinnoissa auton tuulilasien näkyvyyteen sateessa. Erityisen kiinnostavia ovat vettä hylkivät pinnat, eli hydrofobiset, kuten lintujen höyhenet ja ikoninen lootuksenlehti. Hydrofobisuuden asteen määrittäminen on välttämätöntä edistyneiden materiaalien kehittämisessä. Tämä tehdään tyypillisesti mittaamalla pisaran ja sen päälle asetetun pinnan välistä kontaktikulmaa. Kuitenkin todellisten pintojen kastuminen määritellään usein epäsäännöllisesti muotoilluilla pisaroilla ja useilla kontaktikulmilla, jotka poikkeavat ihanteellisista tapauksista, joille useimmat mittausmenetelmät perustuvat. 

Vaikka pintojen kastumisen luonnehtimistekniikoissa on tapahtunut merkittäviä edistysaskelia, nesteen ja kiinteän aineen vuorovaikutuksen tarkka määrittäminen on haastavaa. Kontaktikulmagoniometria on kastumisen luonnehtimisen kultastandardi. Sen resoluutio on kuitenkin rajoitettu, kun pinta on erittäin vettähylkivä (eli superhydrofobinen). Tämä on kannustanut kehittämään lukuisia kastumisen luonnehtimistekniikoita. Huolimatta niiden innovaatioista, nämä ovat joko rajoittuneet läpinäkyville pinnoille, vaativat erikoislaitteita tai sisältävät monimutkaisia kokeellisia menettelyjä. 

Tässä väitöskirjassa esitellään uusia kastumisen luonnehtimistekniikoita, mukaan lukien uuden läpinäkyvä pisara-anturin kehittäminen. Nämä mahdollistavat kontaktikulmien määrittämisen litteillä, läpinäkymättömillä superhydrofobisilla ja hydrofobisilla pinnoilla sekä sylinterimäisillä mikrokuiduilla, jotka ovat joko hydrofobisia tai hydrofiilisiä (eli vettä puoleensa vetäviä). 

Läpinäkyvä pisara-anturi mahdollistaa suoran visualisoinnin pisaran ja pinnan välisestä rajapinnasta. Tämä mahdollistaa tarkan mittaamisen pisaran geometriasta, jonka perusteella kontaktikulma voidaan arvioida suurella tarkkuudella. Toisaalta läpinäkyvä mittalaite on myös erittäin herkkä voimasensori, joka tarjoaa vaihtoehtoisen tavan mitata kontaktikulmia. 

Lopuksi väitöskirjassa esitellään myös uusi menetelmä yksittäisten kuitujen kastumisominaisuuksien mittaamiseen. Nämä voivat olla tekstiilikuituja, kuten niitä, joita löytyy talvitakeista, tai erikoistilanteissa käytettäviä kuituja, kuten ilmankosteudesta vettä kerääviä verkkoja, eli vedenkeräysverkot. Menetelmä mahdollistaa kontaktikulmien mittaamisen pehmeillä ja jäykillä kuiduilla, jotka voivat olla joko hydrofobisia tai hydrofiilisiä.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53