Hydrofobisten/superhydrofobisten pinnoitteiden periaate

Perinteiset sooli-geelipinnoitteet valmistettiin käyttämällä MTMOS:ää ja TEOS:a silaanin esiasteena sileän, kirkkaan ja tiiviin orgaanisen/epäorgaanisen verkoston muodostamiseksi alumiiniseossubstraatille. Tällaisilla pinnoitteilla tiedetään olevan erinomainen tarttuvuus johtuen niiden kyvystä muodostaa Al-O-Si-sidoksia pinnoitteen/substraatin rajapinnassa.
Näyte II tässä tutkimuksessa edustaa tällaista tavanomaista sooli-geelipinnoitetta. Pintaenergian vähentämiseksi ja siten hydrofobisuuden lisäämiseksi sisällytimme MTMOS:n ja TEOS:n (näyte A) lisäksi fluoro-oktyyliketjun sisältävän organosilaanin. Alkyyliketjujen, jotka sisältävät fluoriatomeja, tiedetään aikaansaavan huomattavaa hydrofobisuutta. Tällaisilla ketjuilla, kun ne on kiinnitetty polymeeriverkkoon joustavilla siloksaanisidoksilla, olisi taipumus orientoitua pinnalla ja siten vähentää pinnoitteiden pintaenergiaa, kuten kuvassa 1 on esitetty. Koska hydrofobinen ominaisuus ei riipu vain kemiallisesta koostumuksesta pinnasta, mutta siihen vaikutti myös kalvojen topografia, yritimme tuottaa pinnoitteita, joiden pinnan karheus vaihtelee. Näytteissä B ja C lisättiin mikro- ja nanopiidioksidihiukkasia, jotta saatiin aikaan pinnan karheutta, joka lisäisi hydrofobisuutta. Mikrohiukkasten (näyte B) ja mikro+nanohiukkasten (näyte C) käyttöä käytettiin ymmärtämään tällaisten hiukkasten pinnalla suuntautumisen vaikutusta ja siten tuloksena olevaa hydrofobisuutta.

Kuvassa 2 on kaavamainen esitys nano-/mikrohiukkasilla ja ilman niitä sisältävien pinnoitteiden oletetuista pintatopografioista ja niiden vesikosketuskulmasta tällaisilla pinnoilla.