Publicação
Study of microstructures replication for self-cleaning applications
| Resumo: | A presente dissertação consiste no desenvolvimento de uma protective optical window com a propriedade auto-limpante, para a protecção de um sensor LiDAR aplicado em condução autónoma. A optical window deve ter uma excelente transmissão ótica no comprimento de onda do sensor. A primeira fase do trabalho consistiu na revisão bibliográfica do estado de arte relativo às superfícies auto-limpantes na natureza e também de casos de biomimetismo destas superfícies em peças poliméricas. A pesquisa também incidiu sobre os métodos de replicação de microestruturas bem como nas propriedades adequadas para obter substratos microestruturados. A funcionalidade da protective optical window pode ser assegurada pela configuração das microestruturas a replicar e do polímero usado. Por esta razão, uma configuração pré-definida foi testada para avaliar a sua influência na hidrofobicidade da superfície. Como o PMMA possui melhores propriedades óticas, foi realizado um teste preliminar para estudar as condições de processamento que favorecem a replicação, ao longo de um substrato. Por fim, o protótipo da protective optical window foi produzido por moldação por injeção, com o PMMA e a configuração previamente estudada com o inserto de cobre. Contudo, foi desenvolvido um novo inserto, num material diferente do usado no teste preliminar, para ser integrado num molde de injeção, com propriedades mecânicas adequadas para as altas pressões características desta técnica. A replicação por moldação por injeção resultou em microestruturas não completamente preenchidas, com 1 μm de altura. Estes resultados correspondem a um aumento do ângulo de contacto de 13 ˚, apesar de não ter sido alcançado o regime hidrofóbico. Antes da moldação por injeção, adaptando a técnica de hot embossing, com a configuração de microestruturas previamente estudada, foi possível obter microestruturas com 8 μm de altura com um aumento do ângulo de contacto da água de 44 ˚. Caso a moldação por injeção não permita replicar a altura pretendida, foi desenvolvida uma proposta de molde de injeção-compressão, baseado na revisão bibliográfica, que combinado com um sistema variotérmico, é vantajoso para a replicação das microestruturas. Os resultados sugerem que a presente configuração pode levar à propriedade auto-limpante, aumentando as propriedades hidrofóbicas da superfície, apesar de vários fatores precisarem de ser estudados. |
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| Autores principais: | Martins, Cíntia Isabel Rodrigues Silva |
| Assunto: | Auto-limpante Microestruturas Replicação Protetive optical window Ângulo de Contacto Self-cleaning Microstructures Replication Protective Optical Window Water Contact Angle |
| Ano: | 2020 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A presente dissertação consiste no desenvolvimento de uma protective optical window com a propriedade auto-limpante, para a protecção de um sensor LiDAR aplicado em condução autónoma. A optical window deve ter uma excelente transmissão ótica no comprimento de onda do sensor. A primeira fase do trabalho consistiu na revisão bibliográfica do estado de arte relativo às superfícies auto-limpantes na natureza e também de casos de biomimetismo destas superfícies em peças poliméricas. A pesquisa também incidiu sobre os métodos de replicação de microestruturas bem como nas propriedades adequadas para obter substratos microestruturados. A funcionalidade da protective optical window pode ser assegurada pela configuração das microestruturas a replicar e do polímero usado. Por esta razão, uma configuração pré-definida foi testada para avaliar a sua influência na hidrofobicidade da superfície. Como o PMMA possui melhores propriedades óticas, foi realizado um teste preliminar para estudar as condições de processamento que favorecem a replicação, ao longo de um substrato. Por fim, o protótipo da protective optical window foi produzido por moldação por injeção, com o PMMA e a configuração previamente estudada com o inserto de cobre. Contudo, foi desenvolvido um novo inserto, num material diferente do usado no teste preliminar, para ser integrado num molde de injeção, com propriedades mecânicas adequadas para as altas pressões características desta técnica. A replicação por moldação por injeção resultou em microestruturas não completamente preenchidas, com 1 μm de altura. Estes resultados correspondem a um aumento do ângulo de contacto de 13 ˚, apesar de não ter sido alcançado o regime hidrofóbico. Antes da moldação por injeção, adaptando a técnica de hot embossing, com a configuração de microestruturas previamente estudada, foi possível obter microestruturas com 8 μm de altura com um aumento do ângulo de contacto da água de 44 ˚. Caso a moldação por injeção não permita replicar a altura pretendida, foi desenvolvida uma proposta de molde de injeção-compressão, baseado na revisão bibliográfica, que combinado com um sistema variotérmico, é vantajoso para a replicação das microestruturas. Os resultados sugerem que a presente configuração pode levar à propriedade auto-limpante, aumentando as propriedades hidrofóbicas da superfície, apesar de vários fatores precisarem de ser estudados. |
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