Registration Number
0825U003821, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
30-10-2025
popup.evolution
o
Title
Organo-mineral textured coatings with enhanced water repellency
Author
Che Li,
popup.head Oleksii V. Myroniuk
popup.opponent Iryna V. Romanova
popup.opponent Volodymyr Khomenko
popup.review Viktoriia Y. Tobilko
popup.review Liubov Melnyk
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дослідження спрямоване на створення масштабованих органо-мінеральних поверхонь із керованою змочуваністю водою. Розглянуто системи, що поєднують мінеральні наповнювачі контрольованої морфології, полімерні зв’язуючі та тонкі органічні шари з текстурованим інтерфейсом. Встановлено залежність між розміром, формою та ієрархією частинок і водовідштовхувальними властивостями поверхонь, а також їхньою стійкістю до ультрафіолетового випромінювання.
Важливим внеском є вирішення проблеми масштабування супергідрофобних поверхонь. Оскільки досліджувані покриття ґрунтуються на дисперсних мінеральних частинках у полімерній матриці, їх можна виробляти у великих масштабах із використанням існуючих технологій. Об’єктом дослідження є текстуровані органо-мінеральні поверхні з регульованою змочуваністю; предметом – механізми формування гідрофобності текстур.
На прикладі червоного шламу показано, що водовідштовхувальні властивості визначаються (і) здатністю частинок формувати стабільну поверхневу текстуру, що залежить від співвідношення наповнювача й полімеру, (іі) інертністю поверхні частинок та (ііі) їхнім розміром. Термообробка при 950 °С у поєднанні з органосиліконовою модифікацією знижує полярність частинок, забезпечуючи контактні кути до 143°.
Інтегрований гідротермальний підхід дозволив синтезувати ZnO-частинки зі змінною морфологією. Варіюючи температуру, каталізатори, кислотність та домішки (TiO₂, SiO₂), отримано як прості пластинчасті, так і складні ієрархічні структури. Ієрархічні частинки ZnO, особливо леговані TiO₂, підвищили контактні кути на ~20° (до 154°), забезпечивши супергідрофобність. Вони також розширюють діапазон концентрацій (20–60 мас.%) для стабільної гідрофобності.
Фотолюмінесцентний аналіз показав, що композити ZnO:TiO₂ (2:1) мають фотоактивність у 6,5 раза вищу за нелегований ZnO. Такі частинки формують покриття зі стабільними кутами змочування >140° в широкому діапазоні навантаження. Покриття з TiO₂ та SiO₂ демонструють високу УФ-стійкість: зберігають гідрофобність після 170 год опромінення, повна гідрофілізація настає лише після 250–280 год.
Матеріали ефективні для збору атмосферної вологи. Гідрофобні поверхні конденсують ~7 г/хв туману, тоді як гідрофільні (немодифіковані чи відпаленні) – до 8,5 г/хв, що становить приріст на 30–45%.
Наукова новизна полягає у вперше доведеній можливості використання червоного шламу як функціонального наповнювача після його поверхневої інактивації, а також у виявленні вирішальної ролі ієрархічної морфології та хімічної інертності частинок у формуванні гідрофобності. Дослідження також розвиває уявлення про синтез ZnO, контроль морфології та вплив легування TiO₂/SiO₂ на змочуваність і фотоактивність.
Практичне значення полягає у створенні нових органо-мінеральних покриттів з водовідштовхувальними, УФ-стійкими й багатофункціональними властивостями. Розроблені леговані частинки ZnO–TiO₂/SiO₂ придатні для масштабованих гідрофобних покриттів, збору вологи з атмосфери та фотоактивних застосувань.
Registration Date
2025-10-01
popup.nrat_date
2025-10-01 / 2026-07-01
