Nanopartikkelien adheesiomittauksia alumiini-, pii- ja titaanioksidipinnoilla

Pienten partikkelien kiinnittyminen pinnalle on monimutkainen ilmiö, josta on jokapäiväisessä elämässämme sekä hyötyä että haittaa. Monet teolliset valmistustekniikat hyödyntävät partikkelien toistuvaa kiinnittymistä pinnoille. Toisaalta, esimerkiksi lämmönvaihtimiin kiinnittyvä pienikin tuhkakerros saattaa heikentää lämmönsiirto-ominaisuuksia merkittävästi. Partikkelien tarttuminen pintaan aiheutuu alkuvaiheessa Londonin teorian mukaan sähköisistä fluktuoivista dipoleista, jotka aiheuttavat neutraalienkin hiukkasten välille vetovoiman. Kemialliset sidokset kappaleen ja pinnan välillä voivat muodostua vasta alustavan kiinnittymisen jälkeen. Tässä työssä on mitattu pienten piioksidihiukkasten tarttumista pii- ja alumiinioksidimallipinnoille sekä titaanioksidikappaleiden tarttumista titaanioksidimallipinnoille. Mittaukset on suoritettu atomivoimamikroskoopilla, jolla voidaan mm. mitata alle nanonewtonin suuruisia voimia. Adheesiovoima on määritetty voimana, jolla kiinnittyneen partikkelin saa irroitettua pinnasta. Tylppäkärkisten piioksidimallikappaleiden adheesiopaineeksi, eli irrottamisvoimaksi pinta-alayksikköä kohden, mitattiin kuivassa typpi-ilmakehässä sileällä piioksidipinnalla 3.7 MPa, sileällä alumiinioksidipinnalla 2.8 MPa ja hieman karkeammalla alumiinioksidipinnalla 1.9 MPa. Pallomaisten, n. 10 nm-säteisten, titaanioksidipartikkelien irrottamisvoima vaihteli epätasaisilla titaanioksidipinnoilla välillä 1-10 nN, riippuen kiinnittymiskohdan pinnan kaarevuudesta. Suurin voima mitattiin laaksomaisessa pinnankohdassa, ja pienin paikallisen huipun kohdalla. Ilmankosteuden vaikutusta kiinnittymisvoimaan tutkittiin katkaistun kartion muotoisilla mallikappaleilla typpi-ilmakehässä. Mittauslaitteistoon rakennetulla kosteudensäätöjärjestelmällä saavutetaan 3-85% suhteellinen kosteus kahden prosenttiyksikön tarkkuudella. Työssä esitetty teoreettinen tarkastelu selittää tylppien kappaleiden mittaustulokset hyvin laitteiston koko kosteusalueella. Tylppien piioksidipartikkelien adheesiopaine sileällä piioksidipinnalla kasvoi n. 20%, kun ympäristön suhteellinen kosteus muuttui 3:sta 85:een prosenttiin