Article

 

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.

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

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 ]