Development and application of functional composite surfaces with tunable wettability and photoreactivity

Mérai László
Development and application of functional composite surfaces with tunable wettability and photoreactivity.
Doctoral thesis (PhD), University of Szeged.
(2023)

[thumbnail of PhDdissertationML.pdf] PDF (thesis)
Download (5MB)
[thumbnail of TezispontokEngJav.pdf] PDF (booklet)
Download (418kB)
[thumbnail of TezispontokMagyar.pdf] PDF (booklet)
Download (406kB)

Abstract in Hungarian

A fotoreaktív-, valamint az extrém és/vagy szabályozható nedvesedésű felületeket napjainkban fokozódó érdeklődés övezi. Doktori munkám során látható fényben aktív, plazmonikus Ag-TiO2 fotokatalizátor nanorészecskékből, poliakrilátokból és PDMS-ből kiindulva hoztam létre egyszerre mindkét említett funkcióval rendelkező kompozit felületeket. Ehhez kapcsolódóan bemutattam, hogy a vizsgált perfluorozott poliakrilátból (FP) készült hidrofób filmek nedvesedési karaktere Ag-TiO2 fotokatalizátor részecskékkel történő érdesítéssel fokozható. A kapott bevonatok Ag-TiO2/FP-arány az első említésnél függvényében változó felületi érdességgel és az érdességtől függő nedvesedéssel (és fotoreaktivitással) rendelkeztek a szuperhidrofiltől a szuperhidrofób karakterig terjedő tartományban. A szuperhidrofób nedvesedési karakter eléréséhez szükséges 80 m/m% fotokatalizátor-tartalom megtartása mellett a kompozitok nedvesedésére a mátrix összetétele is hatással volt: poli(2-hidroxietil-akrilát), mint hidrofil mátrixalkotó felhasználásával szuperhidrofil kompozit bevonatokat állítottam elő. Mivel a mikrofluidika és a folyadékmanipuláció térnyerésének köszönhetően egyre nagyobb igény mutatkozik új, stimulus-reszponzív nedvesedésű funkcionális felületek kialakítása iránt, ezért ennek fényében magneto-, illetve termoreszponzív nedvesedéssel és fotoreaktivitással rendelkező, PDMS-alapú kompozitokat is létrehoztam, karbonil vas mikrorészecskék és poli(N-izopropil-akrilamid) felhasználásával. Az extrém nedvesedésű, hierarchikus érdességel rendelkező felületek gyakorlati alkalmazásának egyik legnagyobb korlátja a felületi képletek sérülékenysége: ennek lehetséges kiküszöbölésére előállításra került egy PDMS-oleogél alapú öngyógyuló fotoreaktív kompozit is, mellyel tartós szuperhidrofób karakter érhető el. A disszertációmban bemutatott kompozit felületek a jövőben multifunkciós jellegükből fakadóan alkalmasak lehetnek például különböző polaritású szennyezők hatékony fotooxidációs eliminálására, vagy akár összetett folyadékmanipulációs feladatok elvégzésére is.

Abstract in foreign language

The popularity of functional surfaces with either extreme wetting properties or photocatalytic properties is rapidly increasing. During my doctoral work, I prepared composite surfaces with both features, applying visible light-active, plasmonic Ag-TiO2 nanoparticles, polyacrylates and PDMS. At first, I presented that the hydrophobic wetting character of perfluorinated polyacrylate films was enhanced as a result of surface roughening with Ag-TiO2. The prepared coatings possessed Ag-TiO2/FP-ratio- and roughness-dependent wettability (and photoreactivity), ranging from superhydrophilic to superhydrophobic character. Besides keeping the 80 wt.% photocatalyst content, the addition of a hydrophilic matrix component poly(2-hydroxyethyl acrylate, or pHEA) could also lead to superhydrophilic composites. As the popularity of microfluidics and liquid manipulation is increasing, the need for the development of novel, stimulus-responsive surfaces with tunable wettability also emerges. In alignment with this, I also prepared composites on PDMS basis with magneto- and thermoresponsive wetting character and photoreactivity, applying carbonyl iron microparticles and poly(N-isopropyl acrylamide). The main hindering factor during the practical application of surfaces with extreme wettability is the vulnerability of the surface fine structure: to surpass this disadvantage and to achieve lasting superhydrophobicity, PDMS oleogel-based self-healing composites were also prepared. Due to their multifunctional nature, the presented composite surfaces may will be applicable for the decomposition of pollutants with varying polarity or for the implementation of complex liquid manipulation tasks.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis (PhD))
Creators: Mérai László
Hungarian title: Szabályozható nedvesedéssel és fotoreaktivitással rendelkező funkcionális kompozit felületek fejlesztése és alkalmazása
Supervisor(s):
Supervisor
Position, academic title, institution
MTMT author ID
Janovák László
egyetemi adjunktus, PhD, SZTE-TTIK Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék
10030258
Subjects: 01. Natural sciences > 01.04. Chemical sciences > 01.04.03. Physical chemistry, polymer science, electrochemistry (dry cells, batteries, fuel cells, corrosion metals, electrolysis) > 01.04.03.13. Surface chemistry
01. Natural sciences > 01.04. Chemical sciences > 01.04.04. Colloid chemistry
Divisions: Doctoral School of Chemistry
Discipline: Natural Sciences > Chemistry
Language: English
Date: 2023. January 24.
Uncontrolled Keywords: stimulus-responsive, photocatalysis, TiO2, wetting, coating
Item ID: 11472
MTMT identifier of the thesis: 33366901
doi: https://doi.org/10.14232/phd.11472
Date Deposited: 2022. Sep. 22. 09:21
Last Modified: 2023. Aug. 31. 13:02
Depository no.: B 7163
URI: https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/11472
Defence/Citable status: Defended.

Actions (login required)

View Item View Item