سنتز لایه های نازک نانوساختار خود تمیزشونده tio2 بر روی شیشه به روش سل-ژل و بررسی خاصیت خود تمیزشوندگی

تیتانیا (tio2) کاربردهای وسیعی در تکنولوژی و صنعت دارد. وقوع پدیده های فتوکاتالیستی و فوق آب دوستی ازجمله خواص جالب این ماده به شمار می رود که با تابش نور فرابنفش (nm 388> ?) بر روی سطح آن اتفاق می افتد. هدف اصلی این تحقیق، استفاده از ترکیب دو خاصیت فتوکاتالیستی و آب دوستی تیتانیا جهت حصول خاصیت خودتمیزکنندگی این ماده به شکل لایه نازک بر روی شیشه های سودالایم و رسیدن به ترکیب بهینه محلول لایه نشانی است. در این تحقیق، لایه نازک تیتانیای نانو ساختار با استفاده از سل کریستالی حاوی فاز آناتاز و روتایل در دمای اتاق سنتز گردید. سل حاصله از طریق هیدرولیز تترا بوتیل اورتو تیتانات و ایزوپروپانول به عنوان حلال تهیه شد. با تغییر دادن مقدار اسیدنیتریک و آب مقطر، سل هایی حاوی نانوذرات با فازهای کریستالی متفاوت و اندازه کریستالیت های مختلف بدست آمد. ساختار پودرهای حاصله از خشک کردن سل ها توسط آنالیزxrd بررسی و اندازه کریستالیت ها از طریق فرمول شرر محاسبه شدند. همچنین، اندازه ذرات تیتانیای موجود در سل ها با استفاده از آنالیزگر لیزری به دست آمد. نتایج نشان دادند که اندازه کریستالیت ها و اندازه ذرات فاز آناتاز با تغییر ph تغییر کرده و به ترتیب محدوده ای از 4 تا 12 نانومتر و 20 تا 39 نانومتر را دربرمی گیرند. با افزایش میزان اسیدیته سل، فاز روتایل پدیدار شد. در محدوده ph های 1-2 سل ها پایدار مانده و در ph بالاتر و پایین تر از این محدوده سل ها رسوب کردند. پوشش دهی با روش غوطه وری و با سرعت mm/s2 بر روی زیرلایه شیشه ای انجام شد. سپس لایه ها در دو دمای 200 و c° 400 پخت شدند. ضخامت لایه های نازک تیتانیا با تکرار فرایند غوطه وری ضخیم گردید. تأثیر ph سل، دمای پخت و تعداد دفعات پوشش دهی بر ریزساختار پوشش با استفاده از xrd، sem و ftir بررسی شد. علاوه براین، تأثیر پارامترهای فوق بر فعالیت فتوکاتالیستی و خاصیت آب دوستی ارزیابی گردید. همچنین خواص نوری لایه ها توسط اسپکتروسکوپی uv-vis مورد سنجش قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که لایه های بدست آمده میزان عبوری در حدود 51% تا 92% داشتند. توپوگرافی و ضخامت لایه ها با afm بررسی شدند. ضخامت لایه ها بین 50 تا 330 نانومتر بود. به منظور بررسی خاصیت ترشوندگی، زاویه تماس آب به وسیله دستگاه سنجش زاویه تماس اندازه گیری شد. نتایج نشان دادند که زاویه تماس اولیه آب بر روی کلیه لایه ها کوچک بوده و لایه ها در مدت زمان کوتاهی (کمتر از 10 دقیقه) از تابش uv فوق آب دوست شدند. قدرت فتوکاتالیستی لایه های نازک تیتانیا با سنجش میزان تجزیه محلول متیلن بلو و اسید استئاریک به عنوان آلاینده های آلی تحت تابش نور فرابنفش و مرئی اندازه گیری شد. درصد تخریب متیلن بلو تحت uv بین 22 تا 67 درصد بسته به ضخامت و ph متغیر بود. براین اساس لایه های حاصل از سل با 2=ph و عملیات حرارتی نشده و ضخامت 330 نانومتر به عنوان شرایط بهینه تعیین گردیدند.