A superhydrophobic surface with a water contact angle > $150^{\circ}$ has attracted great interest from both fundamental and practical aspects. In this study, we demonstrated that hydrophobicity of a silica nanotube (SNT) array can be easily controlled by the SNT aspect ratio. In addition, the adhesive and anti-adhesive properties were controlled without modifying the hydrophobic surface. Various silica structures on a polydimethylsiloxane substrate were prepared using the desired alumina template. Bundle-arrayed and bowl-arrayed silica surfaces exhibited extraordinary superhydrophobicity due to the large frontal surface area and hierarchical micro/nanostructure. As the strategy used in this study is biocompatible and a wide range of hydrophobicities are capable of being controlled by the SNT aspect ratio, a hydrophobic surface composed of an SNT array could be an attractive candidate for bioapplications, such as cell and protein chips.
The superhydrophobic and superoleophobic meshes surfaces have been used in various applications such as self-cleaning, anti-icing, gas exchange, oil-water separation, sound-wave penetrable anti-wetting structures, etc. In particular, there are many studies for oil-water separation with environmental issues. Because of high pressure and dynamic environment, oil-water separation filters must have stable surface properties as super-hydrophobicity and superoleophobicity. The oleophobicity of surface depends on the surface chemistry and roughness of the surface. The roughness of oleophobic surface enhances its static contact angle and stability. The multi-scale hierarchical structure provides a stable superhydrophobic state by maintaining a Cassie state. In this research, we fabricated a superoleophobic mesh with a multi-scale hierarchical structure to increase the pressure resistance and adjusted a size of the mesh hole.
Kim, Ji-Hoon;Hong, Jong-In;Byun, Do-Young;Ko, Han-Seo
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2008.03b
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pp.671-674
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2008
We investigate the slippage effect in a micro-channel depending on the surface characteristics; hydrophilic, hydrophobic, and super-hydrophobic wettabilities. The micro-scale grooves are fabricated on the vertical wall to make the super-hydrophobic surfaces, which enable us visualize the flow fields near walls and directly measure the slip length. Velocity profiles are measured using micro-particle image velocimetry (Micro-PIV) and compared those in the hydrophilic glass, hydrophobic PDMS, and super-hydrophobic PDMS micro-channels. To directly measure the velocity in the super-hydrophobic micro-channel, the transverse groove structures are fabricated on the vertical wall in the micro-channel. The velocity profile near the wall shows larger slip length and, if the groove structure is high and wide, the liquid meniscus forms curves into the valley so that the wavy flow is created after the grooves.
Enhancement of the surface hydrophobicity of polydimethylsiloxane (PDMS) thin films deposited on substrates covered with titanium dioxide ($TiO_2$) nanospheres was studied. First, a low-temperature solution-phase method using polyvinylpyrrolidone (PVP) as a surface capping agent and a water/dimethylformamide (DMF) mixture as the reaction medium was used to synthesize monodisperse $TiO_2$ nanospheres. It was possible to easily control hydrolysis rate of the Ti-precursors and the size of the synthesized nanospheres by varying the amount of PVP and the volume ratio of the solvent mixture. Spray coating of the synthesized $TiO_2$ nanospheres under the PDMS film increased the water contact angle of the film surface to $150.3^{\circ}$. This simple treatment can modify the surface morphology at a nanometer scale without any long or complicated nanoprocess; hence, the surface enters the superhydrophobic Cassie-Baxter regime.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.320-320
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2011
We describe fabrication of superhydrophobic surface on non-woven fabric (NWF) having nano-hairy structures and a hydrophobic surface coating. Oxygen plasma was irradiated on NWF for nano-texuring and a precursor of HMDSO (Hexamethydisiloxane) was introduced as a surface chemical modification for obtaining superhydrophobicity using 13.56 MHz radio frequency-Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (rf-PECVD). O2 plasma treatment time was varied from 1 min to 60 min at a bias voltage of 400V, which fabricated pillar-like structures with diameter of 30 nm and height of 150 nm on NWF. Subsequently, hydrophobic coating using hexamethyldisiloxane vapor was deposited with 10 nm thickness on NWF substrate at a bias voltage of 400 V. We evaluate superhydrophobicity of the modified NWF with sessile drop using goniometer and high speed camera, in which aspect ratio of nanohairy structures, contact angle and contact angle hysteresis of the surfaces were measured. With the increase of aspect ratio, the wetting angle increased from $103^{\circ}$ to $163^{\circ}$, and the contact angle hysteresis decreased dramatically below $5^{\circ}$. In addition, we had conducted experiment for nucleation and condensation of water via E-SEM. During increasing vapor pressure inside E-SEM from 3.7 Torr to over 6 Torr which is beyond saturation point at $2^{\circ}C$, we observed condensation of water droplet on the superhydropobic NWF. While the condensation of water on oxygen plasma treated NWF (superhydrophilic) occurred easily and rapidly, superhydrophobic NWF which was fabricated by oxygen and HMDSO was hardly wet even under supersaturation condition. From the result of wetting experiment and water condensation via E-SEM, it is confirmed that superhydrophobic NWF shows the grate water repellent abilities.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.122-122
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2012
The exterior structures of natural organisms have continuously evolved by controlling wettability, such as the Namib Desert beetle, whose back has hydrophilic/hydrophobic contrast for water harvesting by mist condensation in dry desert environments, and some plant leaves that have hierarchical micro/nanostructures to collect or repel liquid water. In this work, we have provided a method for wettability contrast on metals by both nano-flake or needle patterns and tuning of the surface energy. Metals including steel alloys and aluminum were provided with hierarchical micro/nanostructures of metaloxides induced by fluorination and a subsequent catalytic reaction of fluorine ions on metal surfaces in water with various ranges from room to boiling temperature of water. Then, a hydrophobic material was deposited on the structured surfaces, rendering superhydrophobicity. Plasma oxidization induces the formation of superhydrophilic surfaces on selective regions surrounded by superhydrophobic surfaces. We show that wettability contrast surfaces align liquid water within patterned hydrophilic regions during the condensation process. Furthermore, this method could have a greater potential to align other liquids or living cells.
Wettability of solid surfaces with liquids is governed by the chemical properties and the microstructure of the surfaces. We report on the preparation of liquid-repellent surfaces using surface-attached monolayers of perfluorinated polymer molecules on porous silica substrates. A covalent attachment of the polymer molecules to the substrate is achieved by generation of the polymer chains through starting a surface-initiated radical-chain polymerization of a fluorinated monomer. To this, self-assembled monolayers of azo initiators are attached to silica substrates, which are used to kick off the polymerization reaction in situ. The growth of the fluorinated polymer films and the characterization of the obtained surfaces by surface plasmon spectroscopy, XPS, and contact angle measurements is described. It is shown that perfluorinated polymer films can be grown with controlled thicknesses on flat and even on porous silica surfaces, essentially without changing the surface roughness. The combination of the low surface energy coating and the surface porosity allows generation of materials which are both water and oil repellent.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.86-86
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2010
Micro- and nanoscale texturing and control of surface energy have been considered for superhydrophobicity on polymer and silicon. However these surfaces have been reported to be difficult to meet the robustness and transparency requirements for further applications, from self cleaning windows to biochip technology. Here we provided a novel method to fabricate a nearly superhydrophobic soda-lime glass using two-step method. The first step involved wet etching process to fabricate micro-sale patterns on soda-lime glass. The second step involved application of $SiO_x$-incorporated DLC to generate high intrinsic contact angle on the surface using chemical vapor deposition (CVD) process. To investigate the effect of surface roughness, we used both positive and negative micro-scale patterns on soda-limeglass, which is relatively hard for surface texturing in comparison to quartz or Pyrex glasses due to the presence of impurities, but cheaper. For all samples we tested the static wetting angle and transparency before and after 100 cycles of wear test using woolen steel. The surface morphology is observed using optical and scanning electron microscope (SEM). The results shows that negative patterns had a greater wear resistance while the hydrophobicity was best achieved using positive patterns having static contact angle up to 140 deg. with about 80% transparency. The overall experiment shows that positive patterns at etching time of 1 min shows the optimum transparency and hydrophobicity. The optimization of micro-scale pattern to achieve a robust, transparent, superhydrophobic soda-lime glass will be further investigated in the future works.
Recently, there are a lot of studies on the engineering application of biomimetic functional surface in the world. The nature-inspired functional surfaces offer many solutions for copying with problems which are faced with human such as environmental contamination, energy depletion, exhaustion of water, and food shortage by giving the high quality function to industrial products. In this paper, we introduce the superhydrophobicity of nature surface and review the research on theoretical modeling and fabrication of superhydrophobic surface with micro/nanostructure.
One of the most challenging issues in the oil and gas industry is corrosion assessment and management in subsea structures or equipment. At present, almost all steel pipelines are sensitive to corrosion in harsh working environments, particularly in salty water and sulphur ingress media. Nowadays, the most commonly practiced solution for a damaged steel pipe is to entirely remove the pipe, to remove only a localized damaged section and then replace it with a new one, or to cover it with a steel patch through welding, respectively. Numerous literatures have shown that fiber-reinforced polymer-based composites can be effectively used for steel pipe repairs. Considerable research has also been carried out on the repair of corroded and gouged pipes incorporated with hybrid natural fiber-reinforced composite wraps. Currently, further research in the field should focus on enhanced use of the lesser and highly explored hybrid-biocomposite material for the development in corrosion prevention. A hybrid-biocomposite material from renewable resource based derivatives is cost-effective, abundantly available, biodegradable, and an environmentally benign alternative for corrosion prevention. The aim of this article is to provide a comprehensive review and to bridge the gap by developing a new hybrid-biocomposite with superhydrophobic surfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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