Wpływ warunków osadzania cienkich warstw dwutlenku tytanu metodą magnetronowego rozpylania jonowego na ich właściwości katalityczne, hydrofilne i bakteriobójcze

• Autorzy: Tomaszewski H. , Jach K.

Warianty tytułu

EN

Influence of deposition conditions of titania thin films by magnetron sputtering on catalytic, hydrophilic and bactericidal properties of the layers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jak powszechnie wiadomo, w przypadku dwutlenku tytanu mają miejsce dwa zjawiska indukowane światłem. Pierwsze, dobrze już poznane zjawisko fotokatalizy, które prowadzi do rozkładu wielu związków organicznych i drugie, związane z wysoką zwilżalnością i zwane superzwilżalnością. Oba zjawiska są od wielu lat badane. Jednak nadal uważa się, że właściwości fotokatalityczne i hydrofilne warstw dwutlenku tytanu są zależne od sposobu wytwarzania, a poszukiwanie i wyjaśnianie czynników strukturalnych i technologicznych odpowiedzialnych za ich wielkość jest ciągle aktualne. W niniejszej pracy przezroczyste i mechanicznie odporne cienkie warstwy nanoziarnowego dwutlenku tytanu wytwarzano metodą magnetronowego rozpylania jonowego. Określono czynniki technologiczne wpływające na właściwości warstw. Warstwy charakteryzowano przy użyciu SEM i dyfrakcji rentgenowskiej. Dla oceny aktywności katalitycznej warstw TiO2 mierzono rozkład etanolu w specjalnie zbudowanym do tego celu stanowisku z wykorzystaniem spektrometru masowego. Pomiary kąta zwilżania przez wodę wykazały, że cienkie warstwy są hydrofobowe jeśli pozostają w ciemności. Podczas naświetlania UV warstwy konwertują do hydrofilnych. Dla porównywania jakości uzyskanych warstw obliczano szybkość reakcji rozkładu etanolu i szybkość spadku kąta zwilżania. Przeprowadzone badania wykazały, że wytworzone warstwy posiadają również właściwości bakteriobójcze, co sprawdzono na czterech szczepach popularnych, szpitalnych bakterii: gronkowiec, salmonella, pałeczka jelitowa oraz pałeczka ropy błękitnej. Obecność warstw dwutlenku tytanu na powierzchni ceramicznych płytek ściennych zwiększa 3-6 razy szybkość likwidacji bakterii w stosunku do płytek bez tych warstw.

EN

As is generally known there are actually two distinct photo-induced phenomena in TiO2. The first is the well-known photocatalytic phenomenon, which leads to the breakdown of organics, and the second, more recently discovered one involves high wettability. The latter phenomenon has been termed "superhydrophilicity". In this work, film parameters influencing the photocatalytic activity and hydrophilicity were investigated. To do that thin films of TiO2 were prepared by magnetron sputtering. Ethanol concentration versus time was measured and reaction rates for the photocatalytic breakdown were calculated. Wettability conversion was analysed by the measurement of contact angle as a function of UV illumination time. Contact angle decrease rate was also calculated. Antimicrobial activity of the films deposited on conventionally produced ceramic wall tiles against Salmonella Enteritidis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli was determined. The results clearly indicated that the bactericidal action of UV radiation was much stronger on the surfaces of tiles with TiO2 than on the tiles uncovered. In conclusion, the use of ceramic wall tiles coated with TiO2 films in hospitals, clinics, outpatient clinics and doctors' surgeries and veterinary clinics as well as in food processing industry, catering outlets, laboratories, and wherever UV radiation is applied to disinfect the surface should greatly improve the efficiency of disinfection and help to radically improve the hygienic conditions prevailing in these areas.

Słowa kluczowe

PL

TiO2; cienkie warstwy; magnetronowe rozpylanie jonowe; fotokataliza; zwilżalność; sterylizacja

EN

TiO2; thin films; magnetron sputtering; photocatalysis; wettability; sterilization

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 11--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Tomaszewski H.

autor

Jach K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Wólczyńska 133, Warszawa 01-919,

Bibliografia

• [1] Frank S.N., Bard A.J.: „Heterogeneous photocatalytic oxidation of cyanide ion in aqueous solutions with TiO2 Powder”, J. Amer. Chem. Soc., 99, (1977), 303-304.
• [2] Frank S.N., Bard A.J.: „Heterogeneous photocatalytic oxidation of cyanide and sulfi te in aqueous solutions at semiconductor powders”, J. Phys. Chem., 81, (1997), 1484-1488.
• [3] Fujishima A., Rao T.N., Tryk D.A.: „Titanium dioxide photocatalysis” J. Photochem. Photobiol., 1, (2000), 1-21.
• [4] Herman J.M., Mu W., Pichat P, „Heterogeneous catalysis and fine chemicals. Studies in surface science and catalysis”, Amsterdam, Elsevier, 59, (1991), 405.
• [5] Dulaay M.T., Washington-Dedeaux D.: J. Photochem. Photobiol. A: Chem., (1991), 61, 153.
• [6] Hudlicky M.: „Oxidation in organic chemistry”, Am. Chem. Soc., (1990).
• [7] Sakata T., Kawai T., Hashimoto K.: J. Phys. Chem., (1985), 85, 218.
• [8] Yang J.K., Davis A.P.: Environ. Sci. Tech., (2000), 34, 3796-801.
• [9] Buechler K.J., Noble R.D., Koval C.A., Jacoby W.A.: Ind. Eng. Res., (1999), 38, 892-6.
• [10] Sunada K., Kikuchi Y., Hashimoto K., Fujishima A., Environ. Sci.Technol., 32, 1998, 726-728
• [11] Yamagishi M., Kuriki S., Song P.K., Shisato Y.: Thin Solid Films, 442, (2003), 227-231.
• [12] Kim W.T., Kim C.D., Choi Q.W.: Phys. Rev. B, 30, (1984), 3625.
• [13] Takeda S., Suzuki S., Odaka H., Holono H.: Thin Solid Fils, 392, (2001), 338.
• [14] Tomaszewski H. et al., sprawozdanie z projektu rozwojowego nr R08 031 02 pt. „Opracowanie unikatowej technologii wytwarzania powłok dwutlenku tytanu o właściwościach fotokatalitycznych, hydrofilnych i bakteriobójczych na podłożach ceramicznych”, ITME, czerwiec 2010.
• [15] Maness P., Smolinski S., Blake D. M., Huang Z., Wolfrum E. J., Jacoby W. A.: App. and En. Microbiol., 9, (65), (1999), 4094- 4098.
• [16] Anon.: Titanium-Oxide Photocatalyst. Three Bond Technical News, 1, (2004), 1-8. http://www.threebond.co.jp/en/technical/technicalnews/pdf/tech62.pdf.