Registration Number
0826U002262, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
14-07-2026
popup.evolution
o
Title
Stability of textured water-repellent surfaces
Author
Yong Zuo,
popup.head Oleksii V. Myroniuk
popup.opponent Iryna V. Romanova
popup.opponent Volodymyr H. Khomenko
popup.review Viktoriia Y. Tobilko
popup.review Ihor Pylypenko
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Стійкість до впливу навколишнього середовища залишається одним із головних обмежень практичного застосування супергідрофобних покриттів для захисту металевих поверхонь. Дисертаційна робота присвячена розробленню механізмоорієнтованого підходу до проєктування довговічних супергідрофобних композиційних покриттів на алюмінієвих сплавах шляхом поєднання досліджень змочування, прискорених випробувань старіння, електрохімічного аналізу та комп’ютерного моделювання. Запропоновано комплексну методологію характеристики поверхонь, що поєднує визначення поверхневої енергії за методом Оуенса–Вендта з аналізом динамічного контактного кута. Встановлено, що стабілізація режиму змочування Кассі–Бакстера досягається за умови зниження полярної складової поверхневої енергії до значень менше 1 мДж/м² внаслідок силанової модифікації поверхні. Дослідження текстурованих поверхонь із характерними розмірами від 100 нм до 750 мкм дозволило визначити межі застосовності класичних моделей змочування та показати, що модель Венцеля втрачає коректність для великомасштабних мікроструктур через закріплення контактної лінії на краях текстури. Для визначення механізмів деградації покриттів проведено прискорене старіння в умовах ультрафіолетового опромінення, підвищеної температури та вологості. За результатами FTIR-аналізу встановлено, що домінуючим механізмом руйнування є фотоокиснення полімерної матриці, яке супроводжується зменшенням інтенсивності аліфатичних C–H груп і зростанням інтенсивності карбонільних груп. Показано, що деградація полімерного сполучного є визначальним фактором втрати супергідрофобних властивостей, тоді як ерозія частинок і механічне відшарування мають вторинний характер. На основі отриманих результатів сформульовано принцип проєктування довговічних супергідрофобних покриттів, який передбачає мінімізацію вмісту полімерної фази та формування щільної ієрархічної мережі неорганічних частинок. Розроблено оптимізовану композицію, що містить 5 мас.% акрилового кополімеру, 90 мас.% силанізованих мікрочастинок карбонату кальцію та 5 мас.% наночастинок пірогенного діоксиду кремнію. Покриття забезпечує зміщення корозійного потенціалу алюмінієвого сплаву AA6061 на +797 мВ, підвищення імпедансних характеристик і збереження гідрофобності після 72 год безперервного контакту з 3 %-м розчином NaCl. Для пояснення механізмів захисної дії створено багатофізичну модель, яка поєднує кінетику Батлера–Фольмера та перенесення речовини в пористому середовищі. Модель відтворює експериментальні поляризаційні криві з точністю близько 10 % та дозволяє кількісно оцінити внесок окремих захисних механізмів. Встановлено, що висока корозійна стійкість зумовлена синергією дифузійного бар’єру, сформованого мережею частинок, та пасивації поверхні гідрофобним силановим шаром. Наукова новизна роботи полягає у встановленні кількісного взаємозв’язку між складовими поверхневої енергії та стабільністю супергідрофобного стану, визначенні домінуючого механізму деградації композиційних покриттів під впливом навколишнього середовища, формуванні механістичного принципу проєктування довговічних супергідрофобних систем та розробленні верифікованої мультифізичної моделі прогнозування їх антикорозійних властивостей. Практичне значення роботи полягає у створенні екологічно безпечної альтернативи хроматним конверсійним покриттям для захисту алюмінієвих сплавів від корозії. Запропоновані підходи можуть бути використані під час розроблення самоочисних, антиобмерзальних та антиобростальних покриттів, а також для прискорення створення нових функціональних матеріалів шляхом поєднання експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання.
Registration Date
2026-06-05
popup.nrat_date
2026-06-05 / 2026-08-04
