Väitös teknillisen fysiikan alalta, FM Tommi Huhtamäki

Väitöskirjan nimi: Critical study of contact angle goniometry 

Tohtoriopiskelija: Tommi Huhtamäki
Vastaväittäjä: Prof. Glen McHale, The University of Edinburgh, Skotlanti
Kustos: Prof. Robin Ras, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Kastumisilmiöt ovat tieteenala, joka tutkii mitä tapahtuu, kun vesi ja kiinteä pinta kohtaavat. Kastumisilmiöt liittyvät ihmiselämän kaikkiin osiin arkipäiväisistä asioista aina teollisiin prosesseihin ja nykyteknologiaan. Samat ilmiöt ohjailevat niin tuulilasissa olevien vesipisaroiden liikettä, silmälasien huurtumista kuin nykyaikaisia vettähylkiviä tekstiilejä ja itsestään puhdistuvia ikkunalaseja. Vuorovaikutus veden kanssa täytyy ottaa huomioon käytännöllisesti kaikkien uusien materiaalien suunnittelussa. 

Kontaktikulmamittaus on ollut pääasiallinen tapa mitata pintojen kastumisominaisuuksia siitä lähtien, kun tekniikka yli 200 vuotta sitten kehitettiin. Kiinteän pinnan ominaisuuksista riippuu, leviääkö vesi ohueksi kalvoksi pinnalle vai säilyykö se pisaranmuotoisena, sekä se kuinka voimakkaasti vesi pinnalle tarttuu. Kontaktikulma muodostuu vesipisaran ja mitattavan pinnan rajapinnalle sitten, että ohuen vesikalvon kontaktikulma on 0°, ja täysin pallonmuotoisen pisaran kontaktikulma on 180°. Nykyaikainen kontaktikulmamittaus toteutetaan kuvaamalla mitattavalle pinnalle asetettua pientä vesipisaraa, ja määrittämällä pisaran muoto tietokoneavusteisen kuvankäsittelyn ja mallintamisen avulla. 

Tieteellisessä kirjallisuudessa esiintyy edelleen vaihtelevia kontaktikulmamittauksen tuloksia samoille materiaaleille. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että alkuperäisestä teoriasta poiketen samalla pinnalla on useita vakaita kontaktikulmia. Kontaktikulmien mittausmenetelmät tulee suunnitella siten, että mittaaja pystyy tulkitsemaan, onko mitattu kontaktikulma merkityksellinen, ja kelpaako tulos siten julkaistavaksi. Tässä väitöskirjassa esitellään kehittelemämme kontaktikulmien mittausprotokolla, jonka pyrkimyksenä on yhtenäistää alan mittaustapoja niin, että eri toimijoiden ilmoittamat tulokset olisivat vertailukelpoisia ja toistettavia. 

Väitöstutkimuksessa selvitetään myös kontaktikulmien mittaamiseen liittyvien mittavirheiden suuruutta. Osoittautui, että mittavirheitä usein aliarvioidaan. Kontaktikulman mittaustarkkuudeksi ilmoitetaan tyypillisesti ±2°, mutta jo yksin optisesta mittajärjestelmästä peräisin olevan virheen suuruus lähestyy ±10° , kun kontaktikulma lähenee 180°. Tämä osoittaa, että uuden sukupolven vettähylkivien pintojen kehittäminen vaatii parempaa ymmärrystä mittausmenetelmistä, sekä uusien mittaustekniikoiden kehittämistä tukemaan kontaktikulmamittauksella saatavaa tietoa.

Avainsanat: Kastumisilmiöt, kontaktikulma, superhydrofobinen, silikoninanofilamentit

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

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52