Desenvolvimento de Superfícies Superhidrofóbicas de Politetrafluoretileno

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Burkarter, Ezequiel
Data de Publicação: 2010
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/24777
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Wido Herwig Schreiner
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em FísicaSchreiner, Wido HerwigBurkarter, Ezequiel2024-10-02T18:55:37Z2024-10-02T18:55:37Z2010https://hdl.handle.net/1884/24777Orientador: Prof. Dr. Wido Herwig SchreinerTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 30/08/2010Bibliografia: fls. 114-119Resumo: Devido às muitas aplicações, que passam pela biotecnologia, eletrônica orgânica, indústria automotiva e de tintas, muitas pesquisas sobre a molhabilidade de superfícies têm sido desenvolvidas. A molhabilidade é, basicamente, uma propriedade que indica o quanto um líquido pode se espalhar sobre uma superfície. Do ponto de vista macroscópico a molhabilidade está ligada ao comportamento do ângulo de contato entre a linha tangente à gota de um líquido depositado sobre uma superfície e a linha horizontal que compreende a superfície. As superfícies de interesse neste trabalho são as superfícies superhidrofóbicas, cujos ângulos de contato são superiores a 150 graus. No presente trabalho são apresentados os resultados com a estruturação de superfícies de Politetrafluoretileno (PTFE) sobre FTO (óxido de estanho dopado com flúor), por meio de eletrospray e aerospray. Os ângulos de contato obtidos chegam a 174 graus para amostras produzidas por eletrospray e 150 graus em deposições com aerógrafo. Análises por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia de força atômica (AFM) das amostras produzidas por eletrospray mostram que a superfície apresenta micro/nanoestruturas hierarquicamente organizadas, exibindo inclusive comportamento fractal. Estudos realizados por espectroscopia fotoelétrica de raios-X (XPS) mostraram, ainda, que a superfície superhidrofóbica produzida é inerte a alguns tipos de reagentes usados em biologia e biotecnologia. Estes resultados indicam a potencialidade de aplicação deste tipo de superfície também em trabalhos na área de sensores químicos ou culturas biológicas em solução aquosa. Além disto, o caráter levemente oleofílico da superfície possibilita um avanço no desenvolvimento de estruturas para separação de água e óleo. Análises do comportamento térmico do PTFE, por meio de ensaios de TGA e DTA, revelaram que o tratamento térmico para a obtenção da superhidrofobicidade pode ocorrer em temperaturas mais baixas que as indicadas comercialmente. O estudo da dinâmica de movimento de gotas de água sobre as superfícies superhidrofóbicas de PTFE, mostrado neste trabalho, apresenta uma abordagem experimental nunca antes vista. Tais estudos indicaram que a dissipação de energia mecânica no movimento de gotas sobre estas superfícies está essencialmente associada à viscosidade do fluido. Detalhes do tipo de movimento desenvolvido por de gotas em superfícies superhidrofóbicas também são apresentados. As perspectivas associadas aos resultados apresentados por este trabalho como um todo acrescentam avanços significativos na estruturação de superfícies superhidrofóbicas e no estudo da dinâmica de movimento de gotas, área também importante no desenvolvimento de chips para a indústria bioquímica.Abstract: The technological applications and scientific concepts employed in wetting phenomena have motivated a wealth of investigations. Basically, the wetting involves the spreading of a liquid over a surface measured by a quantity called the contact angle (ƒá) liquid/surface. If the contact angle (ƒá) is greater than 90 degrees and the surface does not wet. This is a hydrophobic surface. For contact angles smaller than 90 degrees, the surface is called hydrophilic. In this work the superhydrophobic surfaces are studied, of which contact angles are higher than 150 degrees. Excellent results as far as the contact angles are concerned are shown for deposition of superhydrophobic PTFE (polytetrafluoroethylene) films on FTO (fluorine doped tin oxide) coated glass slides. This deposition was performed employing electrospray and aerospray techniques, using a commercial PTFE particle suspension in water. Water contact angles measurements confirm the superhydrophobic character in the samples produced by aerospray (ƒá = 150 degrees) and electrospray (ƒá = degrees). Also Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) analysis show the presence of typical rough micro/nanostructure hierarquically organized. X-ray photoelectron spectroscopy measurements confirm that aqueous solutions can flow or remain on the superhydrophobic PTFE surface without contamination. These results indicate that superhydrophobic PTFE can be applied in lab-on-a-chip and multi-sensor technology as well as in aqueous solution of biological cultures. Moreover, the slightly lipophilic character of superhydrophobic PTFE surface enables the development of devices for separation of small amounts of water and oil. Thermogravimetric (TGA) and Differential Thermal Analyses (DTA) show that it is possible to perform the thermal treatment at lower temperatures than those indicated by the manufacturer. The study of water droplets motion on superhydrophobic PTFE, shown at this work, presents a never before seen experimental approach. The dissipative effect on droplet movement is associated to viscosity. Details of droplet motion dynamics on superhydrophobic surfaces are also presented. The superhydrophobic PTFE surface presented add significant advances in this area. Such advances can attract lot of interest in academia or/and in industry.139f. : il. [algumas color.]; grafs., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalSuperfícies (Física)LiquidosFísicaDesenvolvimento de Superfícies Superhidrofóbicas de Politetrafluoretilenoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALtese_Ezequiel_Burkarter.pdfapplication/pdf8249807https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/24777/1/tese_Ezequiel_Burkarter.pdf8e57cdee232020378d5cfeb36a2eeaf8MD51open accessTEXTtese_Ezequiel_Burkarter.pdf.txtExtracted Texttext/plain175279https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/24777/2/tese_Ezequiel_Burkarter.pdf.txtefe968e312941352b8edf5ccded2184cMD52open accessTHUMBNAILtese_Ezequiel_Burkarter.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1241https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/24777/3/tese_Ezequiel_Burkarter.pdf.jpg710c0ce8b4446de13403d78aa0022676MD53open access1884/247772024-10-02 15:55:37.881open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/24777Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-10-02T18:55:37Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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