تولید سطوح آبگریز با پوشش‌دهی اکسیدقلع بر روی پایه آلومینیم: مدل‌سازی و تحلیل با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، بذرلایه‌های مختلف با روش غوطه‌وری بر روی پایه آلومینیم کشت شدند. لایه نشانی حمام شیمیایی نیز برای پوشش‌دهی اکسید قلع بر روی بذرها مورد استفاده قرارگرفته است. 18 آزمایش تجربی با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی طرح ریزی گردید. با توجه به نتایج، از بین نوع فعال سطح و غلظت فعال سطح در بذرلایه، تعداد لایه‌های بذرلایه، جنس بذرلایه و غلظت پیش‌ماده، غلظت فعال سطح بیشترین تاثیر را بر روی ترشوندگی سطح داشته است. همچنین برای مدل‌سازی و بهینه‌سازی فرآیند از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه استفاده شده است. شبکه عصبی بهینه با 4 نورون در لایه میانی اول و 5 نورون در لایه میانی دوم استخراج شد. پیش‌بینی زاویه تماس قطره آب در نقطه بهینه (بیشترین آبگریزی) با استفاده از طراحی تاگوچی حدود ° 142 و با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی حدود ° 132 به دست آمد. مقدار تجربی بدست آمده برای آن نیز ° 137 می­باشد که نشان دهنده حدود 3.5 % خطای پیش‌بینی می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Hydrophobic Surface Fabrication with Tin Oxide on Al-substrate: Modelling and Assessment Via Artificial Neural Network

نویسندگان [English]

  • S. M. Sadati Tilebon
  • R. Norouzbeigi
Faculty of Chemical Engineering, Oil and Gas, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Surface quality is a key point for expressing the specifications of tools that these specifications are improvable by coating methods. In this study, seed layers was deposited on Al - substrate by dip coating process and chemical bath deposition was used for tin oxide coating over deposited seed layers. Taguchi L18 was utilized for designing the experiments and preparation of required samples for studying the effective parameters (surfactant type and concentration in seed layer, seed layer deposition cycles, and seed layer nature and concentration of precursors). Furthermore, surfactant concentration showed the highest effect on surface wettability. In addition, artificial neural network (ANN) was used for modelling and optimization of process. A multilayer perceptron (MLP) ANN with 4 and 5 neurons in the first hidden layer and second hidden layer, respectively, was obtained as the best network. Optimum point prediction of 142° and 132° was calculated by Taguchi design and ANN modelling, respectively. However, prediction error of 3.5% was calculated comparing with experimental results (137°). 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrophobic surface
  • Tin oxide
  • Seed layer
  • Taguchi design
  • Artificial Neural Network

مراجع

  1. S. S. Moosavi, R. Norouzbeigi, E. Velayi, Fabrication of flower-like micro/nano dual scale structured copper oxide surfaces: Optimization of self-cleaning properties via Taguchi design. Appl. Surf. Sci. 422 (2017), 787–797.
  2. E. Velayi, R. Norouzbeigi, Robust superhydrophobic needle-like nanostructured ZnO surfaces prepared without post chemical-treatment. Appl. Surf. Sci. 426 (2017), 674–687.
  3. E. Velayi, R. Norouzbeigi, Annealing temperature dependent reversible wettability switching of micro/nano structured ZnO superhydrophobic surfaces. Appl. Surf. Sci. 441 (2018), 156–164.
  4. J. Song, S. Lim, Effect of seed layer on the growth of ZnO nanorods. J. Phys. Chem. C. 111 (2007) 596–600.
  5. Y. Tao, M. Fu, A. Zhao, D. He, Y. Wang, The effect of seed layer on morphology of ZnO nanorod arrays grown by hydrothermal method. J. Alloys Compd. 489 (2010), 99–102.
  6. S. Wei, J. Lian, X. Chen, Q. Jiang, Effects of seed layer on the structure and property of zinc oxide thin films electrochemically deposited on ITO-coated glass. Appl. Surf. Sci. 254 (2008), 6605–6610.
  7. H. Zhou, G. Fang, N. Liu, X. Zhao, Ultraviolet photodetectors based on ZnO nanorods-seed layer effect and metal oxide modifying layer effect. Nanoscale Res. Lett. 6 (2011), 147.
  8. Z. Zuo, R. Liao, C. Guo, Y. Yuan, X. Zhao, A. Zhuang, Y. Zhang, Fabrication and anti-icing property of coral-like superhydrophobic aluminum surface. Appl. Surf. Sci. 331 (2015), 132–139.
  9. C. Li, G. Fang, J. Li, L. Ai, B. Dong, X. Zhao, Effect of seed layer on structural properties of ZnO nanorod arrays grown by vapor-phase transport. J. Phys. Chem. C. 112 (2008), 990–995.
  10. L. E. Greene, M. Law, D. H. Tan, M. Montano, J. Goldberger, G. Somorjai, P. Yang, General route to vertical ZnO nanowire arrays using textured ZnO seeds. Nano Lett. 5 (2005), 1231–1236.
  11. J. Zhang, Z. Liu, J. Liu, E. Lei, Z. Liu, Effects of seed layers on controlling of the morphology of ZnO nanostructures and superhydrophobicity of ZnO nanostructure/stearic acid composite films. Mater. Chem. Phys. 183 (2016), 306–314.
  12. K. A. Wahid, W. Y.  Lee, H. W. Lee, A. S. Teh, D. C. S. Bien, I. A. Azid, Effect of seed annealing temperature and growth duration on hydrothermal ZnO nanorod structures and their electrical characteristics. Appl. Surf. Sci. 283 (2013), 629–635.
  13. J. S. Park, I. Mahmud, H. J. Shin, M. K. Park, A. Ranjkesh, D.K. Lee, H.-R. Kim, Effect of surface energy and seed layer annealing temperature on ZnO seed layer formation and ZnO nanowire growth. Appl. Surf. Sci. 362 (2016), 132–139.
  14. T. L. Chen, J. M. Ting, Correlation between seed layer characteristics and structures/properties of chemical bath synthesized ZnO nanowires. Surf. Coatings Technol. 303 (2016), 197–202.
  15. K. Gautam, I. Singh, P. K. Bhatnagar, K. R. Peta, The effect of growth temperature of seed layer on the structural and optical properties of ZnO nanorods. Superlattices Microstruct. 93 (2016)m 101–108.
  16. P. S. Kumar, J. Sundaramurthy, X. Zhang, D. Mangalaraj, V. Thavasi, S. Ramakrishna, Superhydrophobic and antireflecting behavior of densely packed and size controlled ZnO nanorods. J. Alloys Compd. 553 (2013), 375–382.
  17. P. S. Kumar, A. D. Raj, D. Mangalaraj, D. Nataraj, N. Ponpandian, L. Li, G. Chabrol, Growth of hierarchical based ZnO micro/nanostructured films and their tunable wettability behavior. Appl. Surf. Sci. 257 (2011), 6678–6686.
  18. D. Tian, X. Zhang, X. Wang, J. Zhai, L. Jiang, Micro/nanoscale hierarchical structured ZnO mesh film for separation of water and oil. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011), 14606–14610.
  19. J. Zhang, W. Que, Preparation and characterization of sol--gel Al-doped ZnO thin films and ZnO nanowire arrays grown on Al-doped ZnO seed layer by hydrothermal method. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 94 (2010), 2181–2186.
  20. Y. Tian, L. Jiang, Wetting: Intrinsically robust hydrophobicity. Nat. Mater. 12(2013), 291-292.
  21. W. Hui, G. Guohua, Surface free energy of solid matter and its hydrophilic/hydrophobic nature. Chemistry (Easton). 72 (2009), 1091–1096.
  22. S. Sagadevan, J. Podder, Optical and electrical properties of nanocrystalline SnO2 thin films synthesized by chemical bath deposition method. Soft Nanosci. Lett. 5 (2015), 55-64.
علوم و فناوری رنگ
دوره 13، شماره 3
آذر 1398
صفحه 211-222

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار