Samočistící povrchy pomocí laserem vytvořených mikro a nanostruktur

Abstract

Samočistící povrchy mají v dnešní době využití mimo jiné ve stavebnictví, letectví, potravinářství a energetickém průmyslu. Tyto povrchy se mohou vytvářet početným množstvím chemických metod, tato jejich výroba je však procesně komplikovaná a nepříliš ekologická. Alternativou je využití laserové ablace jako rychlé, bezemisní a relativně jednoduché a levné metody výroby těchto povrchů. Tato práce se zaobírá právě využitím laserové ablace, pomocí komerčně dostupného nanosekundového laseru, pro strukturování povrchu za účelem výroby superhydrofobního povrchu se samočistícími vlastnostmi. Teoretická část se zabývá smáčivostí povrchu, vlivem parametrů laserového systému a procesních parametrů na topografii struktur a využití laserové ablace pro výrobu superhydrofobních struktur. Praktická část sleduje vliv procesních parametrů laserové aparatury a tvaru vytvářených struktur na topografii povrchu, jeho kontaktní úhel a následně i samočistící vlastnosti. Diskutován je dále vliv expozice na vzduchu a ve vakuové komoře na kontaktní úhel struktur, a v neposlední řadě možnost ozáření povrchu po mikrostrukturování defokusovaným svazkem pro vznik nanometrových výstupků za účelem dodatečného zvýšení kontaktního úhlu, a sledování tohoto vlivu na samočistící vlastnosti.

Self-cleaning surfaces are nowadays used in the construction, aviation, food and energy industries, among others. Numerous chemical methods can create these surfaces, but their production via these methods is complicated and not very ecological. An alternative is laser ablation which is a fast, emission-free, relatively simple and inexpensive method of producing these surfaces. This thesis deals precisely with laser ablation, using a commercially available nanosecond laser, for surface structuring to produce a superhydrophobic surface with self-cleaning properties. The theoretical part deals with surface wettability, the influence of laser system parameters and process parameters on the topography of structures and the use of laser ablation to produce superhydrophobic structures. The practical part monitors the influence of the process parameters and the shape of the created structures on the topography of the surface, its contact angle and subsequently self-cleaning properties. The effect of staying in the air and a vacuum chamber on the contact angle of the structures is also discussed, and last but not least, the possibility of irradiating the surface after microstructuring with a defocused beam to create nanometre protrusions to additionally increase the contact angle and monitor this effect on self-cleaning properties.