Formation of smooth and rough TiO2 thin films on fiberglass by sol-gel method
Jorge Medina-Valtierra,1* Manuel Sánchez-Cárdenas,1 Claudio Frausto-Reyes,2 Sergio Calixto3
1 Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica, Instituto Tecnológico de Aguascalientes, Av. A. López Mateos Ote. No. 1801, Fracc. Bona Gens, Aguascalientes 20256, México. Tel.: 449-9105002, fax: 449-9700423, e-mail: jormeval@yahoo.com
2 Centro de Investigaciones en Óptica A.C., Unidad Aguascalientes. Constitución 607, Fracc. Reserva de Loma Bonita, Aguascalientes 20200, México.
3 Centro de Investigaciones en Óptica A.C., Loma del Bosque No. 115, Col. Lomas del Campestre, León, Gto. 37150, México.
]]>Recibido el 18 de noviembre del 2005.
Aceptado el el 18 de enero del 2006.
Abstract
Substrate dipping in a composite sol-gel solution was used to prepare smooth and rough thin films of TiO2 on fiberglass. The deposition of films was done using a solution of titanium (IV) isopropoxide as sol-gel precursor and cetyltrimethyl-ammonium bromide as surfactant. The samples were characterized using Raman and Uv-vis spectroscopy, scanning and atomic force microscopy. In some cases, films only consisted of the titanium precursor gel. A TiO2 61-nm film was obtained with a short immersion of fiberglass into the sol-gel without surfactant. In other cases, the deposited film consisted of a titanium precursor gel encapsulating micelles of surfactant. In each sample, gel film is converted only to the anatase phase by calcining it at 500 °C. It was found that the TiO2 film prepared from the sol-gel with surfactant shows a granular microstructure, and is composed of about 2 μm irregular particles. Smooth TiO2 films could have useful optical and corrosion-protective properties and by other hand, roughness on TiO2 films can enhance the inherent photocatalytic activity.
Keywords: Sol-gel deposition, fiber-glass, TiO2, thin films.
Resumen
Se ha usado la inmersión de substratos en un sol-gel hecho de un composito para preparar películas delgadas de TiO2 ya sean lisas o rugosas sobre fibra de vidrio. La deposición de películas se hizo desde una solución de isopropóxido de titanio (IV) como precursor del sol-gel y bromuro de cetil-trimetil-amonio como surfactante. Las muestras fueron caracterizadas usando las técnicas de espectroscopia Raman y Uv-visible, así como la microscopia electrónica de barrido y de fuerza atómica. En casos especiales, la deposición de película consiste en un gel precursor de titanio que encapsula micelas de surfactante. La película de gel es convertida a la fase anatasa por calcinación a 500 °C, las películas lisas de TiO2 pueden tener propiedades ópticas y protectoras y la rugosidad de las películas de TiO2 puede aumentar su inherente actividad foto catalítica.
Palabras clave: Sol-gel depositado, fibra de vidrio, TiO2, películas delgadas.
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Acknowledgement
The authors wish to thank to Ma. Refugio García-Ramírez for her technical support in this work. Financial support received from CONACYT (Project SEP-CONACYT-2002 No. 42168) is acknowledged.
References
1. Robert, D.; Piscopo, A.; Heintz, O.; Weber, J.V. Catal. Today 1999, 54, 291-298. [ Links ]
2. Yu, J.; Zhao, X.; Zhao, Q. J. Mat. Sci. Lett. 2000, 19, 1015-1017. [ Links ]
3. Wu, C.; Tzeng, L.; Kuo, Y.; Shu, C. H. Appl. Catal. A: General 2002, 226, 199-211. [ Links ]
4. Arabatzis, I. M.; Antonaraki, S.; Stergiopoulos, T.; Hiskia, A.; Papaconstantinou, E.; Bernard, M. C.; Falaras, P. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry 2002, 149, 237-245. [ Links ]
5. Yu, J. C.; Ho, W.; Yu, J.; Hark, S.K.; Iu, K. Langmuir 2003, 19, 3889-3896. [ Links ]
6. Mergel, D.; Buschendorf, D.; Eggert, S.; Grammes, R.; Samser, B. Thin Solid Films 2000, 371, 218-224. [ Links ]
7 Yamamoto, S.; Sumita, T.; Miyashita, A.; Naramoto, H. Thin Solid Films 2001, 401, 88-93. [ Links ]
8. Nakamura, M.; Kato, S.; Aoki, T.; Sirghi, L.; Hatanaka, Y. Thin Solid Films 2001, 401, 138-144. [ Links ]
9. Watanabe, A.; Tsuchiya, T.; Imai, Y. Thin Solid Films 2002, 406, 132-137. [ Links ]
10. Kaliwoh, N.; Zhang, J.; Boyd, I. W. Appl. Surf. Science 2002, 186, 241-248. [ Links ]
11. Lee, J.; Kim, M.; Kim, B. Water Research 2002, 36, 1776-1782. [ Links ]
12. Karches, M.; Morstein, M.; Von Rohr, P. R.; Pozzo, R. L.; Giombi, J. L.; Baltanás, M.A. Catal. Today 2002, 72, 267-274. [ Links ]
13. Chen, J.; Eberlein, L.; Langford, C.H. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry 2002, 148, 183-191. [ Links ]
14. Horikoshi, S.; Watanabe, N.; Onishi, H.; Hidaka, H.; Serpone, N. Appi. Catal. B: Environmental 2002, 37, 117-129. [ Links ]
15. Langlet, M.; Kim, A.; Audier, M.; Guillard, C.; Hermann, J.M. Thin Solid Films 2003, 429,13-21. [ Links ]
16. Yu, J.; Zhao, X.; Zhao, Q. Thin Solid Films 2000, 379, 7-14. [ Links ]
17. Zeman, P.; Takabayashi, S. Surf. and Coat. Technol. 2002, 753, 93-99. [ Links ]
18. Rachel, A.; Subrahmanyam, M.; Boule, P. Appl. Catal. B: Environmental 2002, 37, 301-308. [ Links ]
19. Shul, Y. G.; Oh, K.S.; Yang, J.C.; Jung, K. T. J. Sol-gel Sci. Technol. 1997, 8, 255-259. [ Links ]
20. Ohsaka, T.; Izumi, F.; Fujiki, Y. J. Raman Spectr. 1978, 7, 321-325. [ Links ]
21. Gotic, M.; Ivanda, M.; Popovic, S.; Music, S.; Sekulic, A.; Turkovic, A.; Furic, K. J. Raman Spectr. 1997, 28, 555-563. [ Links ]
22. Chang, H.; Huang, P. J. J. Raman Spectr. 1998, 29, 97-102. [ Links ]
23. Xu, W.; Zhu, S.; Fu, X.; Chen, Q. Appl. Surf. Sci. 1999, 148, 253-262. [ Links ]
24. Yakovlev, V. V.; Scarel, G.; Aita, C. R.; Mochizuki, S. Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 1107-1109. [ Links ]
25. Djaoued, Y.; Badilescu, S.; Ashirt, P.V.; Robichaud, J. Int. J. Vibr. Spec. 2002, 5, 4-12. [ Links ]
26. Shyue, J.; De Guire, M. R. J. Amer. Chem. Soc. 2005, 127, 12736-12742. [ Links ]
27. Zhao, X. S.; Lu, G. Q.; Millar, G. J. Ind. Eng. Chem. Res. 1996, 35, 2075-2083. [ Links ]
28. Nguyen, T.; Charneski, L. J.; Hsu, S. T. J. Electrochem. Soc. 1997, 44, 2929-2937. [ Links ]
]]>