Διδακτορικός Φοιτητής
Αλέξανδρος Μιμίδης

Email

amimidis@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

Αλληλεπίδραση Υπερβραχέων Παλμών Laser με Διηλεκτρικά για την Ανάπτυξη Βιομιμιτικών Δομών

Interaction of Ultrashort Laser Pulses with Dielectrics for the Fabrication of Biomimetic Structures

Επιβλέπων

Κιοσέογλου Γεώργιος, αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Κιοσέογλου Γεώργιος, αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Στρατάκης Εμμανουήλ, Ερευνητής Α', ΙΤΕ, Ηράκλειο Κρήτης

Παπάζογλου Δημήτριος, μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Περίληψη

Η φύση είναι εξοπλισμένη με μια πληθώρα λειτουργικών επιφανειών προσαρμοσμένες ώστε να ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένα προβλήματα που ζώα η φυτά καλούνται να αντιμετωπίσουν. Ως παράδειγμα, οι σαύρες του είδους Phrynosoma platyrhinos εμφανίζουν σημαντική επιδερμική διαβροχή που τους επιτρέπει να επιβιώνουν στις ιδιαίτερα ξερές περιοχές που κατοικούν. Παρόμοιες διαβροχικές ιδιότητες απαντώνται επίσης και στα σκαθάρια του είδους Dysodius. Στην συγκεκριμένη δουλειά λειτουργικές επιφάνειες δημιουργήθηκαν σε διηλεκτρικά (UV grade fused silica) υλικά, εφαρμόζοντας κυκλικά πολωμένους, συγκεντρωμένους, υπερβραχείς παλμούς, στην περιοχή μηκών κύματος του κοντινού υπέρυθρου. Ελέγχοντας τις συνθήκες ακτινοβόλησης (πόλωση, επιφανειακή πυκνότητα ενέργειας και του αριθμού παλμών ανα επιφάνεια ίση με την διατομή της δέσμης) μπορούν να παραχθούν διάφορες αυτόοργανώμενες περιοδικές δομές (LIPSS), οι οποίες μελετήθηκαν και κατόπιν χρησιμοποιήθηκαν ώστε να μιμηθούμε τον φυσικό αρχέτυπο. Συμπληρωματικά με την επιφανειακή μορφοποίηση, σαν δεύτερο βήμα, τριχοειδή κανάλια μέσω αποδήμησης με λέιζερ δημιουργήθηκαν στις ήδη δομημένες επιφάνειες με LIPSS, συγκεκριμένα με α) micro-grooves και β) micro/nano-spikes, σε διαφορετικές αποσπάσεις μεταξύ των τριχοειδών καναλιών κάθε φορά. Η συνέργεια αυτής της διπλής τραχύτητας (LIPPS και τριχοειδή κανάλια) επιτρέπει την τροποποίηση των διαβροχικών ιδιοτήτων της επιφάνειας. Επιπροσθέτως, εκτός από την μορφολογική ομοιότητα μεταξύ της φυσικής και της τεχνικής επιφάνειας, δοκιμές μεταφοράς υγρού αποκάλυψαν αξιοσημείωτες ταχύτητες παθητικής μεταφοράς ρευστού στις βιομιμητικές επιφάνειες κατά την διεύθυνση των τριχοειδών καναλιών η οπαία παραμένει σταθερή ακόμα και τρεις μήνες μετά την παρασκευή τους.

Abstract

Nature has provided a plethora of functional surfaces optimized to handle a variety of challenges that plant or animal species have to overcome. As an example, moisture harvesting lizards (Phrynosoma platyrhinos) feature remarkable skin wettability which allows them to live on arid regions. Similar wetting properties are also found on bark bugs (Dysodius species). In this work functional surfaces were fabricated on dielectrics (UV grade fused silica) targets by applying circularly polarized, focused, ultrashort pulses in the near IR regime. By controlling the irradiation parameters (polarization, peak fluence and effective number of pulses per spot diameter) several types of Laser induced periodic surface structures (LIPSS) were realized, which were studied and utilized to texture surfaces in order to mimic the natural archetype. Complementary to surface texturing, as a second step, laser ablation induced capillary channels were superimposed on laser pre-textured surfaces covered with LIPSS, specifically a) micro-grooves and b) micro/nano-spikes, at different inter-channel distances. The interplay of this dual roughness allowed the tailoring of the surface wetting properties. Additionally to the morphological resemblance, fluid transport tests using water revealed remarkable fluid transport velocities. These bioinspired technical surfaces were found to demonstrate extraordinary wetting properties facilitating passive, swift, fluid transport along the direction of the capillary channels that remained unchanged even after three months.

facebook icon