Ανάπτυξη νανοδομών και λεπτών υμενίων ZnO και TiO2 με χημικές τεχνικές και μελέτη της φωτοκαταλυτικής τους δράσης
Authors: Κενανάκης Γεώργιος 
Published: January 2014

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η παρασκευή υμενίων και νανοδομών ZnO και TiO2 με χημικές τεχνικές, η μελέτη της φωτοκαταλυτικής δράσης τους ως προς την αποδόμηση οργανικών δεικτών?ρυπαντών. Οι στόχοι της έρευνας αφορούσαν τον έλεγχο των βασικών χαρακτηριστικών των υλικών μέσω των παραμέτρων ανάπτυξής τους, τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών που οδηγούν σε βέλτιστη φωτοκαταλυτική δράση και τον καθορισμό της τεχνικής που μπορεί να προσφέρει τα χαρακτηριστικά αυτά, σε συνδυασμό βέβαια με τη δυνατότητα επέκτασής της για την ανάπτυξη φωτοκαταλυτικών επιστρώσεων σε μεγάλες διαστάσεις και σε βιομηχανικό επίπεδο. Για την ανάπτυξη των υμενίων και νανοδομών χρησιμοποιήθηκαν διάφορες χημικές τεχνικές εναπόθεσης όπως της εναπόθεσης μέσω κολλοειδούς γέλης (sol?gel), της εναπόθεσης ψεκασμού με τη χρήση υπερήχων (Ultrasonic Spray Pyrolysis, USP) και της εναπόθεσης από υδατικά διαλύματα (Aqueous Solution Growth, ASG), με την επιλογή να βασίζεται στα πλεονεκτήματα που προσφέρει κάθε μία από αυτές αναφορικά με τα χαρακτηριστικά των εναποτιθέμενων υλικών. Αναλυτικότερα: v Η εναπόθεση μέσω κολλοειδούς γέλης και περιστροφής (sol?gel, spin?coating) είναι ευρέως διαδεδομένη τεχνική για την παραγωγή ομοιόμορφων λεπτών υμενίων μεγάλης καθαρότητας, με πολύ καλή ομοιογένεια και υψηλή οπτική ποιότητα. Στο πλαίσιο αυτής της διατριβής, εναποτέθηκαν λεπτά υμένια τόσο TiO2 όσο και ZnO σε υποστρώματα γυαλιού και μελετήθηκαν σε βάθος οι παράμετροι που επηρεάζουν τη μορφολογία, τις κρυσταλλικές και οπτικές ιδιότητες των παραγόμενων δειγμάτων. Τα δείγματα TiO2 από την τεχνική αυτή παρουσιάζουν έντονη φωτοκαταλυτική δράση, ενώ ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι η επίδραση πρόσμιξης Al στα λεπτά υμένια ZnO που τους προσδίδει αυξημένες φωτοκαταλυτικές αποδόσεις. v Η εναπόθεση ψεκασμού με τη χρήση υπερήχων (USP), αποτελεί μία άριστη τεχνική για την εναπόθεση μεγάλων επιφανειών με απλές διαδικασίες, εύκολα μεταφερόμενη σε μονάδα παραγωγής, ενώ παράλληλα επιτρέπει την ελεγχόμενη τροποποίηση της μορφολογίας και των κρυσταλλικών ιδιοτήτων. Αξίζει να σημειωθεί ότι η τεχνική USP εφαρμόστηκε για πρώτη φορά, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, στην ανάπτυξη φωτοκαταλυτικών επιστρώσεων και τα αποτελέσματα που έδωσε ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Η τεχνική ASG επιτρέπει την εναπόθεση νανοράβδων ZnO σε ήπιες συνθήκες (95 oC), ενώ για πρώτη φορά γίνεται συσχέτιση των γεωμετρικών τους χαρακτηριστικών με τις συνθήκες εναπόθεσης. Το μήκος των εναποτεθημένων νανοράβδων ZnO εξαρτάται από το χρόνο σύνθεσης, ενώ η ύπαρξη ενός ενδιάμεσου στρώματος ZnO πάνω στο υπόστρωμα που χρησιμοποιείται, εξασφαλίζει την ανάπτυξη των νανοράβδων στον άξονα –c, κάθετο στο επίπεδο του υποστρώματος. Η διάμετρος των νανοράβδων εξαρτάται άμεσα από τη διάμετρο των κόκκων του ενδιάμεσου στρώματος, επιτρέποντας έτσι τον έλεγχο των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των δειγμάτων. Μια επίσης σημαντική πρωτοτυπία αυτής της διατριβής αποτελεί η εναπόθεση ευθυγραμμισμένων νανοράβδων ZnO με ελεγχόμενα γεωμετρικά χαρακτηριστικά, με τη χρήση ενδιάμεσου στρώματος ZnO σε θερμοκρασίες που σε κανένα στάδιο της εναπόθεσης δεν υπερβαίνουν τους 95 oC, δίνοντας τη δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου σε θερμικά ευαίσθητα υποστρώματα όπως πλαστικά κ.λ.π...