Profil vrstvy TiO 2

10 mm

U vrstev s acetylenem doch´az´ı k pozvoln´emu kles´an´ı tlouˇst’ky vrstev v uzavˇren´e ˇstˇerbinˇe a je zˇrejm´e, ˇze polymern´ı vrstva byla pozorov´ana ve vzd´alenosti v´ıce neˇz 10 mm od kraje ˇstˇerbiny. Coˇz je vzd´alenost vˇetˇs´ı neˇz v´yˇska ˇstˇerbiny. V pˇr´ıpadˇe vrstvy TiO₂ je tlouˇst’ka vrstvy namˇeˇrena pouze 5 mm od kraje. A pokles profilu vrstvy je velmi strm´y. Velk´e molekuly, kter´e se spolu sr´aˇz´ı, tedy dopadaj´ı pˇr´ımo na substr´at, aniˇz by byly v´yraznˇe ovlivnˇeny sr´aˇzkami s jin´ymi aktivn´ımi ˇc´asticemi.

Tedy penetrace aktivn´ıch ˇc´astic bˇehem depozice za pouˇzit´ı TTIP jako prekurzoru je v´yraznˇe menˇs´ı, neˇz bˇehem plazmov´e polymerizace acetylenu. T´ımto porovn´an´ım je tedy prok´az´an vliv velikosti molekul pracovn´ıho plynu na penetraci aktivn´ıch ˇc´astic.

5.2.7 Matematick´ y model proveden´ ych experiment˚ u

Pro potvrzen´ı v´yˇse uveden´ych ´uvah byl ve spolupr´aci s Jihoˇceskou univerzitou v ˇCesk´ych Budˇejovic´ıch doc. RNDr. Petrem Bartoˇsem, Ph.D. vytvoˇren matematick´y model. Ten simuloval vliv velikosti ˇstˇerbiny na mnoˇzstv´ı ˇc´astic, kter´e jsou schopny do n´ı proniknout (difundovat). Jako prekurzor byl u matematick´eho modelu pouˇzit acetylen a vych´azel z parametr˚u mˇeˇren´ı, prezentovan´em v kapitole 5.2.4.

Poˇc´ıtaˇcov´y model byl zaloˇzen na ˇreˇsen´ı dif´uzn´ı rovnice ve tˇrech dimenz´ıch a ˇcase. K ˇreˇsen´ı modelu byl vyuˇzit komerˇcn´ı produkt COMSOL Multiphysics, kter´y je speci´alnˇe vyv´ıjen pro ˇreˇsen´ı soustav diferenci´aln´ıch rovnic v oblasti fyzik´alnˇ e-technick´e praxe. V programu jsou kompletnˇe implementov´any veˇsker´e n´astroje potˇrebn´e v pr˚ubˇehu simulace – od CAD syst´emu pro vytv´aˇren´ı geometrie syst´emu (Obr. 5.24), pˇres gener´ator v´ypoˇcetn´ı s´ıtˇe, ˇreˇsiˇc algebraick´ych rovnic aˇz po vizuali-zaci. Z´ıskan´a data byla d´ale zpracov´av´ana v MATLABu.

Poˇc´ıtaˇcov´a simulace na modelov´em substr´atu

Jako vstupn´ı parametr byl do modelu zanesen tvar modelov´eho substr´atu, parame-try pouˇzit´e reakˇcn´ı komory a depoziˇcn´ı podm´ınky procesu plazmov´e polymerizace acetylenu, kter´e byly pouˇzity a pops´any v t´eto disertaˇcn´ı pr´aci. Typick´a z´avislost tlouˇst’ky vrstvy na vzd´alenosti od hrany substr´atu a tlaku plynu je pak zn´azornˇena na obr´azku 5.25. M´ısta A a B na grafech koresponduj´ı se stejnˇe oznaˇcen´ymi m´ısty na obr´azku 5.15, kter´y zn´azorˇnuje modelov´y substr´at a obr´azku 5.17 s experiment´alnˇe namˇeˇren´ymi hodnotami.

Obr´azek 5.24: Geometrie modelu s troj´uheln´ıkovou pracovn´ı oblast´ı.

Podstava objektu odpov´ıd´a povrchu substr´atu, kde je mˇeˇrena tlouˇst’ka vrstvy.

Obr´azek 5.25: V´ystup poˇc´ıtaˇcov´e si-mulace: z´avisost profilu typick´e vrstvy na tlaku p. Tlouˇst’ka vrstvy je normali-zov´ana k tlouˇst’ce v referenˇcn´ım bodu.

V´yˇska mezery je 10 mm.

Na z´akladˇe porovn´an´ı experiment´aln´ıch dat a hodnot z´ıskan´ych ˇreˇsen´ım tohoto teoretick´eho modelu bylo moˇzno konstatovat, ˇze model poskytuje v´ysledky, kter´e umoˇzˇnuj´ı jeho n´asledn´e rozˇs´ıˇren´ı na ˇreˇsen´ı komplikovanˇejˇs´ıch ´uloh. Bliˇzˇs´ı charakte-ristiku experimentu, popis modelu a z´ıskan´e v´ysledky je moˇzno nal´ezt v publikaci [107].

Poˇc´ıtaˇcov´a simulace na tkaninˇe

V druh´e f´azi byl model modifikov´an a n´aslednˇe vyuˇzit ke studiu depozice titano-xidov´ych vrstev na textiln´ı materi´al. Existuje nˇekolik popis˚u uspoˇr´ad´an´ı vl´aken v tkanin´ach v pouˇz´ıvan´em modelu je pouˇzita m´ırnˇe upraven´a Peircova aproximace textiln´ıch vl´aken [108].

Profil tlouˇst’ky vrstvy vypoˇcten´e pro stranu smˇeˇrovanou ke zdroji plazmatu (A) a od zdroje plazmatu (B) je zn´azornˇen na obr´azku 5.26. Vypoˇcten´e hodnoty tlouˇst’ky byly normalizov´any s jej´ı maxim´aln´ı hodnotou.

V´ysledek poˇc´ıtaˇcov´e simulace ukazuje, ˇze vrstva je deponov´ana nejen na stranˇe, kter´a je pˇr´ımo vystavena p˚usoben´ı plazmatu, ale ˇze vznik´a i na stranˇe opaˇcn´e (viz obr´azek 5.26 a 5.27, kde jsou zobrazeny normalizovan´e tlouˇst’ky vrstvy na stranˇe vystaven´e p˚usob´ıc´ımu plazmatu (A) a stranˇe opaˇcn´e (B)). ˇC´astice z plazmatu jsou tedy schopny pronikat i pˇres tkaninu (resp. pˇres mezery mezi jednotliv´ymi vl´akny).

Obr´azek 5.26: V´ysledky poˇc´ıtaˇcov´e si-mulace. A zn´azorˇnuje tkaninu pˇr´ımo vy-stavenou plazmov´emu p˚usoben´ı, B je jej´ı druh´a strana

Obr´azek 5.27: Poˇc´ıtaˇcov´a simulace vazn´eho bodu s deponovanou vrstvou

Pˇri respektov´an´ı vypov´ıdac´ı hodnoty (resp. pˇresnosti) modelu je z v´ysledk˚u tak´e moˇzno odhadnout, ˇze tlouˇst’ka vrstvy na stranˇe orientovan´e od zdroje plazmatu je o cca 60 % tenˇc´ı neˇz na stranˇe, kter´a byla s plazmatem v pˇr´ım´em kontaktu. D´a se pˇredpokl´adat, ˇze z´ıskan´y v´ysledek znaˇcnˇe z´avis´ı na struktuˇre tkaniny a na stˇredn´ı voln´e dr´aze aktivn´ıch ˇc´astic v plazmatu (resp. tlaku pracovn´ıho plynu).

Na obr´azku 5.27 je zobrazen ˇrez vrstvou rovinou kolmou na tkaninu pˇres vazn´y bod. Podle oˇcek´av´an´ı tlouˇst’ka vrstvy z´avis´ı na um´ıstˇen´ı pˇr´ıze v tkaninˇe. Vrstva se netvoˇr´ı pod vazn´ym bodem a je t´emˇeˇr nepostˇrehnuteln´a v m´ıstech, kde jedna pˇr´ıze kˇr´ıˇz´ı druhou, tj. v m´ıstech, kde se uplatˇnuje st´ın´ıc´ı efekt.

Bliˇzˇs´ı informace o rozˇs´ıˇren´em modelu a o z´ıskan´ych v´ysledc´ıch je moˇzno nal´ezt v naˇs´ı pr´aci [109].

5.3 Depozice vrstev na bavlnˇ enou tkaninu

Jeden z hlavn´ıch c´ıl˚u m´e disertaˇcn´ı pr´ace je nanesen´ı vrstvy pomoc´ı plazmov´ych technologi´ı na textilii. T´eto problematice se vˇenuj´ı n´asleduj´ıc´ı kapitoly.

Tato f´aze m´e pr´ace volnˇe navazuje na pˇredchoz´ı studie v oblasti modifikace, kter´e prob´ıhaly na Katedˇre materi´alu. Vatuˇna ve sv´e disertaˇcn´ı pr´aci [101] prok´azal modifikaci ve vˇsech ˇsesti vrstv´ach PES tkanin, tedy i schopnost penetrace aktivn´ıch ˇc´astic do textiln´ıho substr´atu. Bohuˇzel ani zde nebylo moˇzno vhodnˇe pouˇz´ıt jeho metodiku hodnocen´ı v´ysledk˚u na z´akladˇe zmˇen sm´aˇcivosti ze stejn´ych d˚uvod˚u, jako to bylo u jiˇz dˇr´ıve pouˇzit´eho pr´aˇskov´eho substr´atu, viz kapitolu 5.1. Vytvoˇren´ı vrstvy bylo vyhodnocov´ano pomoc´ı SEM.

Na z´akladnˇe pˇredchoz´ıch ´uvah – rozd´ıln´eho chov´an´ı acetylenu a TTIP pˇri tvorbˇe vrstvy z hlediska zab´ıhavosti byla problematika nan´aˇsen´ı vrstev na textiln´ı substr´at r´amcovˇe rozdˇelena do nˇekolika ˇc´ast´ı.

Stejnˇe jako na modelov´em substr´atu byl porovn´av´an vliv velikosti molekul pre-kurzoru na rovnomˇernost vznikaj´ıc´ıch vrstev. Opˇet byly pouˇzity dva r˚uzn´e prekur-zory – acetylen a TTIP.

Tabulka 5.7: Parametry ˇcist´ıc´ıho v´yboje

Plyn Ar₂

Pr˚utok pracovn´ıho plynu 20 sccm

Tlak 5 Pa

V´ykon 100 W

Doba ˇcist´ıho procesu 20 min

Jako substr´at byla pouˇzita bavlnˇen´a tkanina uloˇzena ve tˇrech vrstv´ach na sebe.

Uspoˇr´ad´an´ı v aparatuˇre se m´ırnˇe mˇenilo podle pouˇzit´eho prekurzoru. Odpov´ıdalo jiˇz vyzkouˇsen´emu uspoˇr´ad´an´ı, pouˇzit´em pˇri depozic´ıch na modelov´y substr´at, kter´e je schematicky zn´azornˇeno pro jednotliv´e prekurzory na obr´azc´ıch 4.1 a 4.3. ˇC´ast vrstev byla tak´e vytv´aˇrena v jin´e aparatuˇre, a to s ukl´ad´an´ım substr´atu na nap´ajenou elek-trodu viz obr´azek 4.5. Vˇsechny typy uspoˇr´ad´an´ı i aparatur jsou uvedeny v kapitole 4.1 o pouˇzit´ych depoziˇcn´ıch zaˇr´ızen´ıch. Tak´e depoziˇcn´ı podm´ınky byly zvoleny na z´akladˇe pˇredchoz´ıch experiment˚u a jsou uvedeny v n´asleduj´ıc´ıch tabulk´ach. Stejnˇe jako v pˇredchoz´ıch depozic´ıch na modelov´y substr´at byly vˇsechny textiln´ı substr´aty pˇred vlastn´ım depoziˇcn´ım procesem nejprve ˇciˇstˇeny v par´ach izopropylalkoholu a v argonov´em v´yboji podle tabulky 5.7.

5.3.1 Polymern´ı vrstvy C

₂

H

₂

uzemnˇ en´ e elektrodˇ e

Vrstvy vznikaly v aparatuˇre s uzemnˇenou elektrodou, uspoˇr´ad´an´e pro pouˇzit´ı C₂H₂ jako pracovn´ıho plynu. Na substr´at ze tˇr´ı vrstev bavlnˇen´e tkaniny byla nanesena vrstva pˇri pouˇzit´ı parametr˚u uveden´ych v tabulce 5.8.

Obr´azek 5.28: Tkanina s deponovanou vrstvou v ˇrezu

Obr´azek 5.29: Neupraven´a tkanina v ˇrezu

Obr´azek 5.30: Tkanina s deponovanou vrstvou v pod´eln´em pohledu – 1. vrstva

Obr´azek 5.31: Neupraven´a tkanina v pod´eln´em pohledu

K vyhodnocen´ı byl pouˇzit SEM. Byl studov´an povrch jednotliv´ych tkanin v pod´eln´em pohledu a v ˇrezu. Z´ıskan´e sn´ımky jsou na obr´azc´ıch 5.28 – 5.33. Pro porovn´an´ı jsou uvedena vl´akna bavlnˇen´e tkaniny bez ´upravy (obr. 5.29 a 5.31).

Na pohledu z ˇrezu je vidˇet, jak tenk´a vrstva obaluje rovnomˇernˇe cel´y povrch vl´akna. Tenk´a vrstva je vˇsak pozorov´ana pouze na vrchn´ı vrstvˇe tkaniny, na spodn´ıch vrstv´ach jiˇz zn´amky po vytvoˇren´e vrstvˇe nejsou patrn´e a povrch vl´aken uvnitˇr tka-niny je z vizu´aln´ıho pohledu stejn´y, jako povrch vl´aken u tkaniny neupravovan´e.

V pod´eln´em pohledu z obr´azku 5.30 je tak´e moˇzno rozpoznat vytvoˇren´y povlak pouze na horn´ıch vl´aknech prvn´ı vrstvy tkaniny. Na dalˇs´ıch sn´ımc´ıch je vidˇet po-vrch druh´e a tˇret´ı vrstvy tkaniny v pod´eln´em pohledu. Vrstva na tˇechto vl´aknech nen´ı znateln´a ani pˇri vˇetˇs´ım zvˇetˇsen´ı.

Tabulka 5.8: Depoziˇcn´ı podm´ınky pro nan´aˇsen´ı vrstev C2H2na bavlnˇenou tkaninu

Plyn C₂H₂

Pr˚utok pracovn´ıho plynu C₂H₂ 10 sccm

Tlak 5 Pa

V´ykon 20 W

Doba depozice 20 min

Obr´azek 5.32: Tkanina po depozici vrstvy v pod´eln´em pohledu – 2. vrstva

Obr´azek 5.33: Tkanina po depozici vrstvy v pod´eln´em pohledu – 3. vrstva

5.3.2 Vrstvy TiO

2

na uzemnˇ en´ e elektrodˇ e

Vrstvy TiO₂ vznikaly ve stejn´e depoziˇcn´ı aparatuˇre s uzemnˇenou elektrodou. Pro pouˇzit´ı prekurzoru TTIP vˇsak muselo b´yt opˇet pˇrizp˚usobeno uspoˇr´ad´an´ı podle obr.

4.3. Jako substr´at byly tak´e pouˇzity tˇri na sobˇe uloˇzen´e bavlnˇen´e tkaniny. Depoziˇcn´ı parametry jsou uvedeny v tabulce 5.9.

Tabulka 5.9: Depoziˇcn´ı podm´ınky pro nan´aˇsen´ı vrstev TiO2na bavlnˇenou tkaninu

Prekurzor TTIP

Pr˚utok pracovn´ıho plynu O₂ 20 sccm

Tlak 8 Pa

V´ykon 200 W

Teplota v´yparn´ıku prekurzoru 60^◦C

Doba depozice 120 min

Stejnˇe jako u polymern´ıch i u vrstev TiO₂ doˇslo k vytvoˇren´ı vrstvy pouze na prvn´ı vrstvˇe substr´atu, viz obr´azek 5.34, a to pouze na vl´aknech bezprostˇrednˇe vystaven´ych p˚usoben´ı plazmatu. Nicm´enˇe i na tˇechto sn´ımc´ıch je patrn´e, ˇze tato vrchn´ı vl´akna jsou pomˇernˇe rovnomˇernˇe obalena vrstvou. Ve druh´e a tˇret´ı vrstvˇe tkaniny nebyly jiˇz pozorov´any ˇz´adn´e zn´amky nanesen´ı vrstev.

Obr´azek 5.34: Tkanina s deponovanou vrstvou v ˇrezu

Obr´azek 5.35: Neupraven´a tkanina v ˇrezu

Obr´azek 5.36: Tkanina s deponovanou vrstvou v pod´eln´em pohledu

Obr´azek 5.37: Neupraven´a tkanina v pod´eln´em pohledu

Adheze vrstev TiO₂ k vl´akn˚um vˇsak nen´ı pˇr´ıliˇs dobr´a a doch´az´ı k jej´ımu v´yrazn´emu odlupov´an´ı, jak je vidˇet nejen na obr´azc´ıch 5.34 a 5.36, ale i na dalˇs´ım vzorku vytvoˇren´em stejn´ym postupem viz obr 5.38. V aparatuˇre s ukl´ad´an´ım substr´atu na uzemnˇenou elektrodu se nepodaˇrilo vytvoˇrit vrstvu, kter´a by mˇela lepˇs´ı pˇrilnavost neˇz vzorky prezentov´any na uveden´ych obr´azc´ıch.

Dalˇs´ı depozice na textilie tedy byly pˇresunuty do aparatury s ukl´ad´an´ım substr´atu na elektrodu nap´ajenou.

5.3.3 Vrstvy TiO

₂

na nap´ ajen´ e elektrodˇ e

Vzhledem ke zm´ınˇen´e ˇspatn´e adhezi vrstev byla pro depozici TiO₂ vrstev testov´ana tak´e aparatura umoˇzˇnuj´ıc´ı um´ıstˇen´ı povlakovan´ych substr´at˚u na nap´ajen´e elektrodˇe, viz sch´ema na obr´azku 4.5. V RF kapacitnˇe v´azan´em v´yboji m´a zp˚usob uloˇzen´ı

Obr´azek 5.38: Uk´azka dalˇs´ıho vzorku vytvoˇren´eho za upraven´ych depoziˇcn´ıch podm´ınek

substr´atu vliv na pr˚ubˇeh jeho ´upravy. Pokud je substr´at v plazmov´em v´yboji uloˇzen na uzemnˇenou elektrodu, jako prvn´ı na nˇej dopadaj´ı elektrony. Tento efekt je d´an odliˇsnou rychlost´ı elektron˚u a iont˚u, kter´a je zp˚usobena rozd´ılnou hmotnost´ı, teplo-tou a mobiliteplo-tou ˇc´astic. Tak doch´az´ı k z´aporn´emu nab´ıjen´ı substr´atu v˚uˇci plazmatu a tedy k odpuzov´an´ı elektron˚u a pˇritahov´an´ı kladn´ych iont˚u. Pˇri uloˇzen´ı substr´atu pˇr´ımo na nap´ajenou elektrodu je k popsan´ym mechanism˚um pˇrid´an dodateˇcn´y ion-tov´y bombard ˇc´astic, kter´y je zp˚usoben z´aporn´ym pˇredpˇet´ım. Pˇri tomto uspoˇr´ad´an´ı lze pˇredpokl´adat rychlejˇs´ı a hlubˇs´ı pr˚unik radik´al˚u [101]. To by se mˇelo pozitivnˇe projevit na adhezi v´ysledn´e vrstvy.

Na z´akladˇe tohoto pˇredpokladu byly provedeny experimenty, kter´e navazuj´ı na pˇredchoz´ı. Vzorky tˇr´ı bavlnˇen´ych tkanin byly uloˇzeny na nap´ajenou elektrodu za optimalizovan´ych podm´ınek uveden´ych v tabulce 5.10.

Tabulka 5.10: Depoziˇcn´ı podm´ınky pro nan´aˇsen´ı vrstev TiO2na bavlnˇenou tkaninu na nap´ajen´e elektrodˇe

Prekurzor TTIP

Pr˚utok pracovn´ıho plynu O₂ 20 sccm

Tlak 10 Pa

V´ykon 100 W

Teplota v´yparn´ıku prekurzoru 60^◦C

Doba depozice 180 min

Vrstvy TiO₂vytvoˇren´e t´ımto zp˚usobem vykazovaly lepˇs´ı pˇrilnavost k jednotliv´ym vl´akn˚um, viz obr´azky 5.39 a 5.41. Ani v tomto uspoˇr´ad´an´ı vˇsak nebylo dosaˇzeno vytvoˇren´ı viditeln´e vrstvy na druh´e nebo tˇret´ı tkaninˇe. I kdyˇz se na tˇechto spodn´ıch tkanin´ach naˇsly drobn´e ˇc´asteˇcky, kter´e na neupraven´e tkaninˇe nejsou. Nicm´enˇe nelze s jistotou tvrdit, zda tyto neˇcistoty maj´ı souvislost s pˇr´ıpadnou penetrac´ı aktivn´ıch

ˇc´astic bˇehem depozice i do spodn´ıch vrstev substr´atu. M˚uˇze j´ıt sp´ıˇse o neˇcistoty, kter´e se na tkaniny dostaly pˇri manipulaci.

Obr´azek 5.39: Tkanina s deponovanou vrstvou v pod´eln´em pohledu – 1. vrstva

Obr´azek 5.40: Neupraven´a tkanina v pod´eln´em pohledu

Obr´azek 5.41: Tkanina po depozici vrstvy v pod´eln´em pohledu – 2. vrstva

Obr´azek 5.42: Tkanina po depozici vrstvy v pod´eln´em pohledu – 3. vrstva

Z prezentovan´ych sn´ımk˚u lze konstatovat, ˇze je moˇzn´e na textiln´ı substr´at nan´est vrstvu pomoc´ı metody PECVD za n´ızk´e teploty. Tato vrstva je pomˇernˇe rovnomˇern´a a je moˇzn´e tvrdit, ˇze obaluje jednotliv´a vl´akna i v ˇc´asteˇcnˇe st´ınˇen´ych m´ıstech, ale pouze ta, kter´a jsou v bezprostˇredn´ı bl´ızkosti plazmov´emu p˚usoben´ı. Deponovan´a vrstva nezasahuje ani do m´ıst, pod vazn´ym bodem – tedy, kter´a jsou pˇrekryta horn´ı pˇr´ız´ı. To zcela koresponduje i s matematick´ym modelem doc. Bartoˇse. Na spodn´ıch tkanin´ach nen´ı ˇz´adn´a vytvoˇren´a vrstva patrn´a.

Neprok´azal se ani pˇr´ıliˇs velk´y vliv velikosti molekul. Vrstva se vytvoˇr´ı jak v pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı acetylenu tak i TTIP v podobn´e m´ıˇre na srovnateln´ych m´ıstech substr´atu. Oba prekurzory tvoˇr´ı podobnˇe souvislou vrstvu a obaluj´ı horn´ı vl´akna tka-niny podobn´ym zp˚usobem. Vrstvy se ale v´yraznˇe liˇs´ı strukturou. Zat´ımco polymern´ı

vrstva je pruˇznˇejˇs´ı a i pˇres prask´an´ı pˇri nam´ah´an´ı, m´a lepˇs´ı pˇrilnavost k vl´akn˚um neˇz vrstva TiO₂. Polymer je ze sv´e podstaty pruˇzn´y materi´al s amorfn´ı strukturou, kter´a je v´ıce pˇrizp˚usobiv´a k elastick´emu nam´ah´an´ı. Oproti tomu vrstvy TiO₂ se na bavlnˇen´e tkaninˇe pomˇernˇe hodnˇe l´amaly a jejich povrch vykazoval v´ıce prasklin a poruˇsen´ı a m´ısty se z vl´akna odlupoval, jak je patrn´e na vzorc´ıch. To vypl´yv´a ze skuteˇcnosti, ˇze TiO₂ je keramick´a l´atka s pˇrev´aˇznˇe krystalickou strukturou.

5.4 Depozice vrstev TiO

₂

na ˇ cediˇ cov´ ych a sklenˇ en´ ych tkanin´ ach

Posledn´ı ˇc´ast v´yzkumu byla zamˇeˇrena na vytvoˇren´ı fotokatalyticky funkˇcn´ı vrstvy na textiln´ım substr´atu a pˇr´ıpadn´e porovn´an´ı s fotokatalytick´ymi vrstvami vytvoˇren´ymi na ploch´y substr´at.

Oxid titaniˇcit´y je velmi perspektivn´ı materi´al pˇredevˇs´ım d´ıky jeho fotokata-lytick´e aktivitˇe indukovan´e ultrafialov´ym z´aˇren´ım (UV) [110, 111, 112]. Bˇehem fotokatalytick´e reakce vrstva TiO₂ absorbuje UV z´aˇren´ı a doch´az´ı k vygenerov´an´ı p´ar˚u elektron-d´ıra. Vznikl´e p´ary mohou n´aslednˇe reagovat s kysl´ıkem, pˇr´ıtomn´ym v zemsk´e atmosf´eˇre a vodou (vzduˇsnou vlhkost´ı), za vzniku hydroxylov´ych radik´al˚u

•OH a superoxidov´ych aniont˚u (O₂^–), kter´e zp˚usob´ı rozklad pˇr´ıtomn´ych orga-nick´ych l´atek (heterogenn´ı fotokatal´yza). Vznikl´e p´ary elektron-d´ıra mohou tak´e pˇr´ımo rozkl´adat l´atky adsorbovan´e na povrchu fotokatalyz´atoru (homogenn´ı fotoka-tal´yza) [113]. D˚usledkem absorbce UV z´aˇren´ı TiO₂ fotokatalyz´atorem je kromˇe v´yˇse zm´ınˇen´eho rozkladu organick´ych l´atek, tak´e reakce vedouc´ı k tvorbˇe povrchov´ych OH skupin a t´ım zv´yˇsen´ı hydrofility povrchu.

Z dosavadn´ıch poznatk˚u vypl´yv´a, ˇze ze dvou nejbˇeˇznˇejˇs´ıch forem oxidu ti-taniˇcit´eho, rutilu a anatasu, vykazuje v´yraznˇe vyˇsˇs´ı fotoaktivitu anatas. Velmi dobr´e fotokatalytick´e vlastnosti byly zaznamen´any tak´e u kombinac´ı tˇechto dvou struktur [114].

Uˇ´cinnost fotokatalytick´e reakce je silnˇe z´avisl´a na velikosti mˇern´eho povrchu TiO2 vrstvy, kter´a p˚usob´ı bˇehem reakce jako katalyz´ator. Depozic´ı fotokatalytick´ych vrstev na por´ezn´ı materi´aly, jako jsou textilie, by bylo moˇzn´e vyuˇz´ıt velk´y mˇern´y povrch tˇechto substr´at˚u.

Nan´aˇsen´ı fotokatalytick´ych vrstev ´uzce navazovalo na poznatky z povlakov´an´ı bavlnˇen´ych tkanin a pˇredevˇs´ım na testov´an´ı fotokatalytick´ych vrstev vytvoˇren´ych na ploch´ych substr´atech, kter´e prob´ıhalo v laboratoˇri povrchov´eho inˇzen´yrstv´ı Katedry materi´alu.

Lepˇs´ı pˇrilnavost k povrchu vl´aken vyk´azaly vrstvy TiO₂ pˇri ukl´ad´an´ı textili´ı na nap´ajenou elektrodu. Pˇri pouˇzit´ı tohoto uspoˇr´ad´an´ı se mohly vyuˇz´ıt i nˇekter´e dalˇs´ı poznatky v oblasti fotokatalytick´ych vrstev z naˇs´ı laboratoˇre. Ty na pˇr´ıklad prok´azaly lepˇs´ı fotokatalytick´e v´ysledky pro vyhˇr´ıvan´e substr´aty na teplotu aˇz 450^◦C viz obr´azek 5.43 [115]. Vyhˇr´ıv´an´ı substr´atu umoˇzˇnovala v aparatuˇre pr´avˇe nap´ajen´a

elektroda, na kterou jsou uk´ad´any substr´aty. Teplota substr´atu pozitivnˇe ovlivˇnuje tvorbu krystalick´e formy TiO₂ anatasu, kter´a m´a vyˇsˇs´ı fotokatalytickou ´uˇcinnost.

0 100 200 300 400 500 600

Obr´azek 5.43: Z´avislost rychlosti fotokatalytick´e degradace na depoziˇcn´ı teplotˇe pro ploch´e substr´aty – sklenˇen´y substr´at, kˇrem´ıkov´y wafer [115]

Pˇri vyhˇr´ıv´an´ı substr´atu na tak vysok´e teploty nebylo moˇzn´e pouˇz´ıt bavlnˇenou tkaninu. Vrstvy TiO₂byly proto deponov´any na tepelnˇe odoln´ych tkanin´ach z ˇcediˇcov´ych a sklenˇen´ych vl´aken. Pouˇzit´ı zm´ınˇen´ych technick´ych tkanin mˇelo i dalˇs´ı d˚uvody a v´yhody, kter´e byly vyuˇzity ve zhodnocen´ı v´ysledk˚u depozic.

5.4.1 Testov´ an´ı zab´ıhavosti vrstev na tepelnˇ e odoln´ ych tka-nin´ ach pomoc´ı SEM

Z konstrukˇcn´ıho hlediska jsou pouˇzit´e technick´e tkaniny pomˇernˇe ˇr´ıdce tkan´e, jed-notliv´a vl´akna ´utku ani osnovy nejsou zpevnˇena z´akrutem a mezi vl´akny i jednot-liv´ymi pˇr´ızemi v tkaninˇe je velk´e mnoˇzstv´ı p´or˚u. Tyto tkaniny byly strukturnˇe velmi podobn´e se zjednoduˇsenou definic´ı tkaniny, se kterou pracoval matematick´y model popsan´y v kapitole 5.2.7. Lze pˇredpokl´adat, ˇze by vrstvy na takto ˇr´ıdce tkan´ych tka-nin´ach mohly zasahovat hloubˇeji, neˇz tomu bylo u tkanin bavlnˇen´ych. Pˇri zkoum´an´ı vrstev pomoc´ı SEM byl zkoum´an tak´e vliv hustoty tkaniny na hloubku penetrace vrstvy. Na z´akladˇe pˇredchoz´ıch v´ysledk˚u se vˇsak nepˇredpok´adalo, ˇze by se vrstva TiO₂ mohla ukl´adat do hloubky tkaniny nebo na druhou vrstvu tkaniny, pˇrestoˇze matematick´y model tuto moˇznost pˇripouˇstˇel.

Depozice tedy prob´ıhaly v aparatuˇre s obr´acen´ym uspoˇr´ad´an´ım (kapitola 4.1.3), substr´aty byly ukl´ad´any na nap´ajenou elektrodu, kterou bylo moˇzno vyhˇr´ıvat na urˇcitou teplotu bˇehem depoziˇcn´ıho procesu. ˇCiˇstˇen´ı substr´atu prob´ıhalo stejnˇe jako pˇri pˇredchoz´ıch depozic´ıch za st´ale stejn´ych podm´ınek uveden´ych v´yˇse. Vlastn´ı pa-rametry depozice jsou uvedeny v tabulce 5.11.

Vrstvy byly opˇet nejprve podrobeny vizu´aln´ımu zkoum´an´ı pomoc´ı SEM. Sn´ımky ze SEM jsou na obr´azc´ıch 5.44 – 5.49. Ukazuj´ıˇcediˇcov´a a sklenˇen´a vl´akna s

In document VLIV DIF ´UZE NA PECVD FUNKˇCN´ICH VRSTEV (Page 80-0)