Kondensaation vaikutus hiilinanoputkidepositioon hydrofiilisellä piioksidipinnalla

Abstract

Tutkielmassa käsittelen kondensaatiota ja sen muodostumista hydrofiilisellä piioksidipinnalla olevaan moniseinäisten nanoputkien depositioon. Kondensaation depositioon muodostamia aukkoja analysoimalla pyritään saamaan kuva siitä miten kondensaatio vaikuttaa depositioon ja miten nanoputket vaikuttavat kondensaatioon.

Näytteinä käytettiin happiplasmalla hydrofiiliseksi käsiteltyä piioksidisirua, johon tehtiin nanoputkidepositio pudottamalla nanoputkia sisältävää liuosta suurella nopeudella pyörivälle näytteelle. Näytteillä tehtiin kolmea erilaista koetta. Kontaktikokeissa pisara tuotiin kontaktiin näytteen kanssa, kondensaatiokokeissa pisara pidettiin näytepinnan läheisyydessä ja jäähdytyskokeissa näytelevyä jäähdytettiin peltierjäähdyttimellä samalla kuvaten. Kaikki kokeet tehtiin hanskakaapissa korkeassa kosteudessa. Pääpaino tutkielmassa on kondensaatiokokeiden näytteillä ja niiden tuloksilla.

Suoritetuissa kokeissa pyrittiin eri parametrejä muuttamalla näkemään kunkin parametrin vaikutus kondensaatioon. Kokeissa muutettuja parametrejä olivat luovutuspisaran etäisyys, ilmankosteus, luovutusaika, näytelevyn koko, deposition määrä ja piipinnan hydrofobisuus. Tämän lisäksi pyrittiin selvittämään tulosten analysointia häiritsevän aukkojen irregulaarisuuden syitä. Näytteitä tutkittiin kuvaamalla niitä optisella mikroskoopilla, minkä jälkeen otetuista kuvista analysoitiin aukkojen kokoa, sijoittumista ja muotoa silmämääräisesti. Lisäksi pyyhkäisyelektronimikroskoopilla kuvaamalla arvioitiin aukkojen muotoa, puhdistumista ja nanopartikkelien sijoittumista aukoissa.

Yksittäisten kondensaation muodostamien aukkojen halkaisijat vaihtelevat 1-100 um:n välillä. Veden irrottamat partikkelit muodostavat verkkomaisen redeposition, joka yleensä sijoittuu aukkojen reunaan. Redeposition lisäksi aukon puhdistusalueella on partikkeleja, joiden määrä riippuu pinnan hydrofiilisyydestä ja deposition määrästä. Parametreistä pienenevä etäisyys, suureneva kosteus ja pidentyvä aika lisäävät kondensaatiota. Deposition määrä vaikuttaa hidastavan kondensaatiopisaroiden kasvua. Testeissä havaittu aukkojen irregulaarisuus lisääntyy näytteen ollessa kosteassa ilmassa ennen testiä, ja johtuu nukleaatiotiheyden kasvusta. Syytä tiheyden kasvamiseen ei kuitenkaan saatu selvitettyä. Saatujen tulosten avulla tehtiin yksinkertainen teoria kondensaation eri vaiheista koejärjestelmässä.

Tutkimuksia voitaisiin jatkaa monilla eri tavoilla. Yksi tapa olisi käyttää näytteiden analysoitiin kuva-analyysialgoritmejä. Aukkojen puhdistusasteen tutkimiseksi taas täytyisi kehittää keino poistaa kondensaatiopisarat ja irronneet partikkelit ennen pisaran höyrystymistä. Lisäksi voitaisiin tehdä lisää mittauksia tilastollisten tulosten saamiseksi tai jäähdytysmittauksia videokuvan saamiseksi prosessista.