مقاله خواص خود تمیز شوندگی، پایداری مکانیکی و قدرت چسبندگی پوشش های شفاف فتوکاتالیستی TiO2-ZnO بر روی پلی کربنات (2014 ACS)

مقدمه

بخش تجربی

تهیه فیلم

اصلاح سطح پلی کربنات

تهیه لایه میانی SiO2

تهیه لایه TiO2-ZnO

شناسایی فیلم‌ها و اندازه‌گیری زاویه تماس

برآورد فعالیت فوتوکاتالیستی فیلم‌ها

ارزیابی عملکرد خود تمیز شوندگی و آب‌دوستی نور القایی فیلم‌های تهیه‌شده

برآورد کمی چسبندگی فیلم‌های تهیه‌شده پس از تابش‌دهی UV

نتایج و بحث

اصلاح نور پلی کربنات و رسوب لایه میانی

رسوب لایه‌های فعال فتوکاتالیستی

شناسایی فیلم‌ها

فعالیت فوتوکاتالیستی فیلم‌ها

پایداری مکانیکی و قدرت چسبندگی فیلم‌ها

عملکرد خود تمیزشوندگی و آب‌دوستی نور القایی فیلم‌های تهیه‌شده

نتیجه

اطلاعات ضمیمه

Transparent layers containing TiO2 have been intensively studied based upon their interesting application potential including photocatalytically active and self-cleaning surfaces. In the present work, transparent TiO2-ZnO thin films on a SiO2 interlayer have been successfully deposited on the surface of polycarbonate to provide polymeric sheets with a self-cleaning, superhydrophilic, and photocatalytically active surface layer. To ensure a good adhesion of the SiO2 interlayer, the polycarbonate sheets have been firstly modified by irradiation with UV(C) light. The prepared films were characterized by UV/Vis spectrophotometry, SEM, XRD, Raman spectroscopy, ellipsometry, and water contact angle measurements. All prepared films are transparent with thicknesses in the range between 120 and 250 nm and possess superhydrophilic properties. Moreover, they exhibit good adhesion qualities as defined quantitatively by cross-cut tests. On the other hand, their mechanical strengths, checked by felt-abrasion tests, differ by changing the molar TiO2-ZnO ratio. The photocatalytic activity, expressed as photonic efficiency, of the coated surfaces was estimated from the kinetics of the photocatalytic degradation of methylene blue and methyl stearate. The combination between superhydrophilic properties and photocatalytic activity was determined by studying the change of water contact angle during the storage of the prepared films in the dark under ambient atmosphere and under an atmosphere containing either acetone or isopropanol followed by UV(A) irradiation. In addition, self-cleaning properties were examined by determining the changes of contact angle during the irradiation time after applying oleic acid to the surface. The results show that increasing the molar ratio of ZnO in TiO2 coatings up to 5% yields maximum photonic efficiency values of 0.023% as assessed by the photocatalytic degradation of methylene blue. Moreover, the superhydrophilic coating with a molar TiO2-ZnO ratio of 1: 0.05 exhibits the best self-cleaning properties combined with a good mechanical stability and a very good stability against UV irradiation.

لایه‌های شفاف حاوی TiO2 با توجه به کاربرد جالبشان، ازجمله فعالیت فتوکاتالیستی و خودتمیزشوندگی به‌طور قابل توجهی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در مقاله حاضر، فیلم‌های نازک شفاف TiO2-ZnO بر روی SiO2 (میان لایه)، به‌طور موفقیت‌آمیز روی سطح پلی کربنات رسوب داده شد تا ورق‌های پلیمری با فعالیت خودتمیزشوندگی، فوق آب‌دوستی و فعالیت فتوکاتالیستی را فراهم آورند. برای اطمینان از چسبندگی خوب میان لایه SiO2، ورق‌های پلی کربنات در ابتدا توسط تابش‌دهی با نور (UV(C اصلاح شدند. فیلم‌های تهیه شده با استفاده از اسپکتروفتومتر UV /Vis، SEM، XRD، طیف‌سنجی رامان، الیپزومتری و اندازه‌گیری زاویه تماس آب شناسایی شدند. ضخامت تمام فیلم‌های شفاف تهیه شده در محدوده بین 120 و 250 نانومتر بوده و دارای خواص فوق آب‌دوستی هستند. علاوه بر این، آنها کیفیت خوب چسبندگی را در آزمون‌های تعریف شده برش عرضی نشان دادند. از سوی دیگر، استحکام مکانیکی آن‌ها، که توسط آزمون‌های سایش-نمد بررسی شده است با تغییر نسبت مولی TiO2-ZnO تغییر می‌کند. فعالیت فوتوکاتالیستی توسط بازده فوتونی سطوح پوشش داده‌شده بیان می‌شود که از سینتیک تخریب فتوکاتالیستی متيلن آبی و متیل استاتات ارزیابی می‌شود. ترکیب خواص فوق آب‌دوستی و فعالیت فوتوکاتالیستی با مطالعه تغییر زاویه تماس آب در حین ذخیره‌سازی فیلم‌های تهیه شده در تاریکی، در محیط جو و در محیطی حاوی استون یا ایزوپروپانول پس از تابش اشعه (UV(A تعیین شدند. علاوه بر این، خواص خودتمیزشوندگی با تعیین تغییرات زاویه تماس در طول زمان تابش‌دهی پس از اعمال اسید اولئیک به سطح مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهند که افزایش نسبت مولی ZnO در پوشش‌های TiO2 تا 5 درصد، حداکثر بازده فوتونی، 023/0 درصد به‌وسیله تخریب فوتوکاتالیستی متيلن بلو تخمین زده می‌شود. علاوه براین، پوشش فوق آب‌دوست با نسبت مولی TiO2-ZnO 1: 0.05 دارای بهترین خواص خود تمیزشوندگی همراه با پایداری مکانیکی خوب و پایداری عالی در برابر اشعه UV است.