Saha, Joyanta K.;Matin, Mohammad A.;Jang, Jihye;Jang, Joonkyung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제34권4호
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pp.1047-1050
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2013
Molecular dynamic simulations were performed to examine the wetting behavior of a graphite surface textured with nanoscale pillars. The contact angle of a water droplet on parallelepiped or dome-shaped pillars was investigated by systematically varying the height and width of the pillar and the spacing between pillars. An optimal inter-pillar spacing that gives the highest contact angle was found. The droplet on the dome-covered surface was determined to be more mobile than that on the surface covered with parallelepiped pillars.
In this study, we investigated the freezing delay time on surfaces with different patterns under -30° conditions through visualization experiments. Among various pattern structures, we fabricated the shape and surface of liquid from the spacing using circular filaments and hole structures. Additionally, using a high-speed camera, we visualized the freezing scenes, enabling us to obtain freezing images and measure the freezing time of the liquid. For each structure, the contact angle and solid fraction of the surface varied. We observed that the freezing delay time was longest when the contact angle was largest and the solid fraction was smallest within the experimental results. We analyzed the variation in anti-icing time using the heat exchange equation between the patterned surface and the liquid.
The flexible and superhydrophobic properties of silica aerogels are extremely important material for thermal insulation and oil spill cleanup applications for their long-term use. Flexible silica aerogels were synthesized by using a two-step sol-gel process with precursors, methyltrimethoxysilane (MTMS) followed by supercritical drying. Silica aerogels were prepared at different molar ratio of methanol to MTMS (M). It was observed that the silica aerogels prepared at M=28 were monolithic but inelastic in nature, however, for M=35, the obtained aerogels were monolithic, elastic in nature with less shrinkage. The microstructural studies were carried out using scanning electron microscopy and surface area measurements. The hydrophobicity was confirmed by Fourier transform Infrared spectroscopy and water contact angle measurements. The detailed insight mechanism for flexible nature of silica aerogels and hydrophobic behavior were studied.
Kim, Daun;Park, Sunho;Lee, Dohyeon;Nam, Hyeun;Kim, Jangho
한국농업기계학회:학술대회논문집
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한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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pp.110-110
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2017
Biological systems offer unique principles for the design and fabrication of engineering platforms (i.e., popularly known as "Biomimetics") for various applications in many fields. For example, the lotus leaves exhibit unique surfaces consisting of evenly distributed micro and nanostructures. These unique surfaces of lotus leaves have the ability of superhydrophobic property to avoid getting wet by the surrounding water (i.e., Lotus effect). Inspired by the surface topographies of lotus leaves, the artificial superhydrophobic surfaces were developed using various micro- and nanoengineering. Here, we propose new platforms that can control hydrophilic and hydrophobic property of surfaces by mimicking micro- and nanosurfaces of various natural leaves such as common camellia, hosta plantaginea, and lotus. Using capillary force lithography technology and polymers in combination with biomimetic design principle, the unique micro- and nanostructures mimicking natural surfaces of common camellia, hosta plantaginea, and lotus were designed and fabricated. We also demonstrated that the replicated polymeric surfaces had different hydrophilic and hydrophobic properties according to the mimicking the natural leaf surfaces, which could be used as a simple, but powerful methodology for design and fabrication of controlled hydrophilic and hydrophobic platforms for various applications in the field of agriculture and biological engineering.
Self-cleaning fabric is a fabric having a function of decotamination via photodecomposition of photocatalyst or wash-off of contaminants on the superhydrophobic surface. TiO2 is the main photocatalyst for this purpose, but it only functions under UV light which is only a little portion of sunlight, compared to visible light. In this regard, this study aims to investigate Fe-doped TiO2 for improved photodecomposition from visible light sensitization to apply self-cleaning finishing of PET fabrics. Moreover, the Fe-doped TiO2 treated PET fabric was further treated with hexadecyltrimethoxysilane to provide superhydrophobicity on the PET fabrics. As a result of this dual treatment, the prepared fabric exhibited excellent photodecomposition of methylene blue with 96.96% in 12h under sunlight and superhydrophobicity with water contact angle of 166.5° and roll-off angle of 7°. This suggested that the excellent self-cleaning functions can be privided to PET fabric via Fe-doped TiO2 and hexadecyltrimethoxysilane treatment.
We propose a two-step lithography process to minimize edge-bead issues caused by thick photoresist (PR) coating. In the conventional PR process, the edge bead can be efficiently removed by applying an edge-bead removal (EBR) process while rotating the silicon wafer at a high speed. However, applying conventional EBR to the production of desired PR mold with unique negative patterns cannot be used because a lower rpm of spin coating and a lower temperature in the soft bake process are required. To overcome this problem, a two-step lithography process was developed in this study and applied to the fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS) film having super-hydrophobic characteristics. Following UV exposure with a first photomask, the exposed part of the silicon wafer was selectively removed by applying a PR developer while rotating at a low rpm. Then, unique PR mold structures were prepared by employing an additional under-exposure process with a second mask, and the mold patterns were transferred to the PDMS. Results showed that the fabricated PDMS film based on the two-step lithography process reduced the height difference from 23% to 5%. In addition, the water contact angle was greatly improved by spraying of hydrophobic nanosilica on the dual-scaled PDMS surface.
본 연구에서 연속형 레이저와 나노초 레이저의 경우에는 고분자와 물성 조건이 맞지 않아서, 고분자 필름 표면에 특정 패터닝이 구현되지 않았다. 그러나, 펨토초 레이저를 활용하여 HDPE, PP, PET 등의 식품포장 필름의 표면에 패터닝이 구현됨을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 식품포장 필름에서 펨토초 레이저 패터닝 공정 조건을 확립하였고, 싱글 펄스에 의한 대면적 원형 패턴, 싱글 펄스를 30%를 중첩한 대면적 거칠기 패턴, 직선 패턴, 직선 패터닝을 중첩한 대면적 거칠기 패턴, 직선 패터닝을 교차하여 격자 패턴 등의 표면 패터닝 필름을 제작하였다. 또한, 표면 패턴 구조와 크기에 따른 패터닝 HDPE, PP, PET 필름은 SEM, AFM, 접촉각 분석을 통하여 그 특성을 확인하였다. 펨토초 레이저 패터닝을 하지 않은 각 대조군 필름의 표면 대비 대면적 원형 패터닝 HDPE 및 PP 필름, 싱글 펄스를 30%를 중첩한 대면적 거칠기 패터닝 및 직선 패터닝을 중첩한 대면적 거칠기 패터닝 PET 필름의 표면은 27.1-37.5°의 접촉각을 나타냄으로써, 패터닝 후에 HDPE, PP, PET 필름은 친수성 표면으로 변화되었다. 반면, 나노-마이크로 크기의 돌기 표면구조를 갖고 있는 대면적 격자 패터닝 HDPE 필름의 경우에는 120.4°의 접촉각을 보임으로써, 패터닝 후에 소수성 표면으로 변화되었다. 따라서, 패터닝을 통해 친수성 표면으로 바뀐 필름들은 단백질, 세포, 바이러스 등을 비롯하여 식품의 물질들이 달라붙지 못하거나, 쉽게 떨어지는 엔티파울링 응용분야에 활용이 가능하다. 또한, 향후 좀더 정밀한 나노 및 마이크로 돌기 구조를 갖는 격자 패터닝을 통해 150° 이상의 초소수성 표면을 제작하게 된다면, 자가 청소(Self-cleaning) 등의 초소수성 표면 응용분야에 활용 가능할 것이다.
In order to examine the adhesion characteristics of road pavement according to environmental conditions, the freezing time of cement mortar and the adhesion performance between ice and pavement were evaluated depending on the presence or absence of polymer and water repellent. As a result of measuring the ice formation time, it was found that there was no delay when a polymer was added, but the complete freezing time was delayed when a water repellent was added. As a result of measuring the strength of ice adhesion, it was found that the bonding force between ice and the surface of the test body was greatly generated in the test body without water repellent. In the case of a test specimen to which a water repellent was added, it was found that the bonding strength between the test specimen surface and ice was reduced.
As opposed to using fossil fuels, we need to use eco-friendly resources such as sunlight, raindrops and wind to produce electricity and combat environmental pollution. A triboelectric nanogenerator (TENG) is a device that converts mechanical energy into electricity by inducing repetitive contact and separation of two dissimilar materials. During the contact and separation processes, electron flow occurs owing to a change in electric potential of the contacting surface caused by contact electrification and electrostatic induction mechanisms. A solid-solid contact TENG is widely known, but it is possible to generate electricity via liquid-solid contact. Therefore, by designing a hydrophobic TENG, we can gather electricity from raindrop energy in a feasible manner. To fabricate the superhydrophobic surface of TENGs, we employ a dip coating technique to synthesize an octadecylamine (ODA)- and polydimethylsiloxane (PDMS)-based coating on polyethylene terephthalate (PET). The synthesized coating exhibits superhydrophobicity with a contact angle greater than 150° and generates a current of 2.2 ㎂/L while water droplets fall onto it continuously. Hence, we prepare a box-type TENG, with the ODA/PDMS coating deposited on the inside, and place a 1.5 mL water droplet into it. Resultantly, we confirm that the induced vibration causes continuous impacts between the ODA/PDMS coating and the water, generating approximately 100 pA for each impact.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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