TiO2 szol-gél bevonatok: a szolképződés mechanizmusának vizsgálata molekuladinamikai szimulációval és a bevonatok fényáteresztésének kísérleti fejlesztése

TiO2 sol-gel coatings: investigation of the sol formation mechanism by molecular dynamics simulations and experimental improvement of coating light transmittance

Abstract

The aim of this work was to investigate the processes occurring during the preparation of TiO2 sol-gel coatings using molecular dynamics simulations and to improve their light transmittance experimentally. Precursor sols were prepared by controlled hydrolysis of organometallic compounds in ethanolic media, followed by condensation. The experimental systems were modelled using reactive molecular dynamics simulations in a reactive force field (ReaxFF) combined with the Monte Carlo method. Hydrolysis was found to be most efficient in the presence of an acid catalyst, while condensation occurred after complete detachment of the organic groups. To enhance light transmittance, various template materials were added to the precursor sols. The coatings were deposited on glass substrates by dip coating and, where applicable, subsequently aged in aqueous ammonia vapour. The effect of the surfactant templates on light transmittance varied depending on their type.

KIVONAT
A munka célja TiO2 szol-gél bevonatok előállítása során lejátszódó folyamatok vizsgálata molekuladinamikai szimulációval, valamint a bevonatok fényáteresztésének kísérleti úton történő növelése. A prekurzorszolokat fémorganikus vegyületek etanolos közegben végzett kontrollált hidrolízisével, és ezt követő kondenzációjával állítottuk elő. A kísérleti rendszereket reaktív molekuladinamikai szimulációkkal, reaktív erőtér (ReaxFF) alkalmazásával, Monte Carlo-módszerrel kiegészítve modelleztük. A hidrolízis savas katalizátor jelenlétében bizonyult a leghatékonyabbnak, míg a kondenzáció a szerves csoportok teljes leválását követően ment végbe. A fényáteresztés javítása céljából különböző típusú felületaktív anyagokat adtunk a prekurzorszolokhoz. A bevonatokat üveghordozókra dip coating technikával vittük fel, majd a felületaktív anyagot tartalmazó bevonatokat vizes ammóniaoldat gőzterében öregítettük. A felületaktív anyagok fényáteresztésre gyakorolt hatása a templát típusától függően változott.