Experimental study on a novel deposition technique using nanofluid boiling

Nanofluids are colloidal mixtures that have been studied for their ability to improve the physical and chemical properties of fluids used in different applications. In this thesis, the possibility of using nanofluids as a way of coating a surface and hence improving its use in certain contexts will be investigated. In particular, the interaction between hydroxyapatite and titanium samples will be studied, as this work is inserted in the Progetto di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) 2022, BIOCOAT. BIOCOAT explores an innovative coating approach that allows surfaces to acquire functional characteristics useful for a variety of applications, particularly biomedical ones. This surface functionalisation is achieved by ultra-thin and stable coatings of nanoparticles deposited via Nanofluid Boiling (NB) with drastic cost reductions and near-zero environmental impact and health risks. In this thesis, this novel approach to deposition, named Nanofluid-Based Deposition Technique (NBDT), is studied to better understand the underlying mechanisms surrounding it. This master's thesis has two main objectives: the first is the design of a deposition chamber that will be used in the future for deposition tests with complete immersion of the titanium sample in order to study the dynamics of the deposition; the second is a novel experimental study of the hydroxyapatite deposition pattern made by evaporated droplets on heated titanium samples obtained by additive printing. The final results obtained are presented and discussed.

I nanofluidi sono miscele colloidali che sono stati studiati per la loro capacità di migliorare le proprietà fisiche e chimiche dei fluidi base utilizzati in diverse applicazioni. In questa tesi verrà studiata la possibilità di utilizzare i nanofluidi come mezzo per rivestire una superficie e quindi migliorarne gli usi in determinati contesti. In particolare, verrà analizzata l'interazione tra campioni di idrossiapatite e titanio, in quanto questo lavoro è inserito nel Progetto di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) 2022, BIOCOAT. BIOCOAT esplora un approccio innovativo al rivestimento che consente alle superfici di acquisire caratteristiche funzionali utili per una varietà di applicazioni, in particolare quelle biomediche. Questa funzionalizzazione superficiale è ottenuta mediante rivestimenti ultrasottili e stabili di nanoparticelle depositate tramite Nanofluid Boiling (NB) con drastiche riduzioni dei costi e un impatto ambientale e rischi per la salute prossimi allo zero. Questo nuovo approccio alla deposizione, chiamato Nanofluid-Based Deposition Technique (NBDT), viene studiato in questa tesi per comprendere meglio i meccanismi alla base dei fenomeni di adesione delle nanoparticelle. La presente tesi di laurea magistrale si pone due obiettivi principali: il primo è la progettazione di una camera di deposizione che verrà utilizzata in futuro per prove di deposizione con immersione completa del campione di titanio al fine di studiare la dinamica della deposizione; il secondo è uno studio sperimentale innovativo della distribuzione di nanoparticelle ottenute durante la deposizione di idrossiapatite da gocce evaporate su campioni di titanio riscaldati ottenuti mediante stampa additiva. Vengono presentati e discussi i risultati finali ottenuti.