• funktionaaliset pinnoitteet
• hydrofobisuus
• nanoindentaatio

Funktionaalisten pinnoitteiden ominaisuuksia voidaan tutkia muun muassa vesikontaktikulmamittauksilla sekä nanoindentaatiolla. Kontaktikulmamittaukset tarjoavat tärkeää tietoa pinnoitteiden pintakemiallisista ominaisuuksista, kun taas nanoindentaatio mahdollistaa tarkan analyysin pinnoitteen mekaanisista ominaisuuksista. Näiden menetelmien yhdistelmä raottaa oven funktionaalisten pinnoitteiden analysointiin.

Funktionaaliset pinnoitteet ovat keskeisessä roolissa materiaalitekniikassa. Ne voivat tarjota materiaaleille useita ominaisuuksia ja niiden suorituskyky on optimoitu ympäristön mukaisesti. Pinnoitteiden analysointiin voidaan käyttää monia analyysejä, kuten muun muassa vesikontaktikulmamittaus sekä nanoindentaatio. Tässä artikkelissa selvitetään, mitä ovat funktionaaliset pinnoitteet sekä miten ne eroavat tavallisista pinnoitteista. Lisäksi käsitellään analyysimenetelmiä pinnoitteiden mekaanisten ominaisuuksien sekä hydrofobisuuden selvittämisessä.

Funktionaaliset pinnoitteet

Kaikilla pinnoitteilla on luonnostaan ominaisuuksia, kuten tarttuvuus, korroosionkestävyys tai kiilto. Funktionaalisten pinnoitteiden ainutlaatuiset ominaisuudet johtuvat kuitenkin tarkasti suunnitellusta formuloinnista. Tähän voi sisältyä muun muassa herkästi reagoivia lisäaineita tai liuottimia. Funktionaaliset pinnoitteet tarjoavat perinteisten suojan ja koristeellisuuden lisäksi muita toimintoja tuottaen merkittävää lisäarvoa materiaalille. Esimerkkejä funktionaalisista pinnoitteista ovat rakennusten energiatehokkaat pinnoitteet sekä silmälasien heijastuksenestopinnoitteet.

Funktionaaliset pinnoitteet voidaan luokitella kahteen luokkaan niiden toimintamekanismien perusteella:

• Luontaisesti toimivat pinnoitteet: Esimerkiksi superhydrofobiset, antimikrobiset, likaantumista estävät ja johtavat pinnoitteet.
• Ulkoisiin tai ärsykkeisiin reagoivat pinnoitteet: Esimerkiksi väriä ja muotoa muuttavat, kosketusherkät, korroosion kestävät ja itsestään paranevat pinnoitteet. (Baghdachi 2016.)

Vesikontaktikulmamittaus

Vesikontaktikulmamittaukset ovat yksinkertainen tapa saada tietoa materiaalin tai pinnoitteen hydrofobisesta luonteesta. Menetelmässä pinnalle tiputetaan vesipisara, jonka jälkeen mitataan optiometrisesti pinnan ja pisaran välinen kulma sekä kulman muutos ajan kuluessa. Mitä suurempi tämä mitattu kulma on, sitä hydrofobisempi pinta on.

Funktionaalisissa pinnoitteissa hydrofobiset ominaisuudet ovat erityisen tärkeitä muun muassa elektroniikka- ja lääketeollisuudessa. Elektroniikassa on olennaista suojata komponentteja kosteudelta, kun taas lääketeollisuudessa hydrofobisuus auttaa vähentämään bakteerien tarttumista pinnoille. Hydrofobisuuden tutkiminen on myös merkityksellistä, sillä vaikka useat materiaalit voivatkin tarjota monia hyödyllisiä ominaisuuksia, hydrofobisuus ei aina ole automaattisesti taattu. (Coclite ym. 2012.)

Nanoindentaatio

Nanoindentaatio on analyysimenetelmä, jota käytetään mekaanisten ominaisuuksien mittaamiseen erittäin pienellä mittakaavalla. Se soveltuu hyvin erityisesti ohuille ja koville pinnoitteille. Nanoindentaatioon kuuluu terävän kärjen painaminen tai raapiminen materiaalin pintaan, jonka tuloksena voidaan saada tietoa muun muassa materiaalin kovuudesta, karheudesta sekä lujuudesta. Esimerkiksi analyysissä voidaan mitata painaumasyvyyttä käytetyn voiman funktiona.

Nanoindentaatio on tärkeä funktionaalisten pinnoitteiden analysoinnissa, koska se tarjoaa tarkat mekaaniset ominaisuudet nanomittakaavassa. Sen avulla voidaan arvioida muun muassa pinnoitteen suorituskyky sekä kestävyys. Nanoindentaation tulosten avulla voidaan myös ennustaa pinnoitteen kulutuskestävyyttä ja ohjata materiaalin valintaa erilaisissa ympäristöolosuhteissa. (Fischer-Cripps 2004.)

Lopuksi

Funktionaaliset pinnoitteet ovat materiaalitekniikan keskeinen osa, ja niiden kehittäminen tulee olemaan entistä merkittävämpää tulevaisuudessa. Vesikontaktikulmamittaukset ovat yksinkertainen, mutta tärkeä menetelmä materiaalien hydrofobisuuden arvioimisessa, kun nanoindentaatio puolestaan antaa tarkkaa ja oleellista tietoa materiaalien mekaanisista ominaisuuksista nanomittakaavassa. Nämä analyysimenetelmät mahdollistavat kattavan lähestymistavan funktionaalisten pinnoitteiden tutkimukseen ja kehitykseen.

Lähteet

Baghdachi, J. 2016. An overview of today’s functional coatings. European Coatings Journal. Viitattu 18.6.2024. An overview of today’s functional coatings – News and insights for the European coatings industry (european-coatings.com)

Coclite, A. M., Shi, Y., & Gleason, K. K. 2012. Grafted crystalline poly‐perfluoroacrylate structures for superhydrophobic and oleophobic functional coatings. Advanced Materials, 24(33), 4534.

Fischer-Cripps, A. C., & Nicholson, D. W. (2004). Nanoindentation. Mechanical engineering series. Appl. Mech. Rev., 57(2), B12-B12.

Seisto, A. 2024. Spider Silk-Inspired Protein Coatings on Silica Substrates : impact of heat treatment and concentration on mechanical properties and wettability. Master´s Thesis. Turku University of Applied Sciences.

Artikkelin kuva: Free Photo | Water drop background (freepik.com)