Testov´ an´ı fotokatalytick´ ych vlastnost´ı na textiln´ım substr´ atu . 71

Fotokatalytick´e vlastnosti byly testov´any na vrstv´ach TiO2, kter´e byly vytvoˇreny na ˇcediˇcovou tkaninu, sklenˇenou tkaninu a ploch´y sklenˇen´y substr´at. Testov´an´ı rych-losti fotokatalytick´e degradace bylo urˇcov´ano na z´akladˇe rychlosti rozkladu mode-lov´e l´atky acid orange, kter´a byla urˇcov´ana pomoc´ı UV/VIS spektrofotometru na Katedˇre chemie na TUL.

Rychlostin´ı koeficienty fotokatalytick´eho rozkladu pro testovan´e vzorky vrs-tev jsou zn´azornˇeny v grafu na obr´azku 5.50. Pro srovn´an´ı byla rychlost foto-katalytick´eho rozkladu mˇeˇrena i na sklenˇen´em ploch´em substr´atu. Vzorky z obou uv´adˇen´ych proces˚u mˇely stejn´e depoziˇcn´ı parametry z tabulky 5.11, mˇenila se pozice vzorku na elektrodˇe.

Obr´azek 5.50: Rychlost fotokatalytick´e reakce pro vzorek a um´ıstˇen´y pˇr´ımo na elektrodˇe a pro vzorek b um´ıstˇen´y 2 mm nad elektrodou

Na v´ysledc´ıch mˇeˇren´ı pro substr´aty um´ıstˇen´e na elektrodˇe je vidˇet, ˇze oba textiln´ı substr´aty mˇely lepˇs´ı fotoaktivitu neˇz z´akladn´ı ploch´y substr´at. Vˇsechny tˇri substr´aty byly v aparatuˇre souˇcasnˇe a vrstva na nˇe byla deponov´ana pˇri stejn´em depoziˇcn´ım procesu, tedy za naprosto stejn´ych podm´ınek. Ve v´ypoˇctov´em vzorci pro rychlost fotokatalytick´e reakce je zahrnuta plocha fotokatalytick´e vrstvy. Lze tedy ˇr´ıci, ˇze tato variabilita fotoaktivn´ıch schopnost´ı vrstev na jednotliv´ych typech substr´at˚u m˚uˇze b´yt zp˚usobena mˇern´ym povrchem vrstev. Obˇe textilie s vrstvami byly nastˇr´ıh´any na stejn´e rozmˇery, jako mˇel sklenˇen´y ploch´y substr´at. Tedy ploˇsn´y povrch substr´at˚u byl stejn´y, nicm´enˇe u textiln´ıch substr´at˚u mus´ıme poˇc´ıtat s mˇern´ym povrchem, kter´y je mnohem vˇetˇs´ı d´ıky struktuˇre a p´or˚um v textilii. Jak jiˇz bylo prok´az´ano sn´ımky ze SEM, vrstva obalovala vrchn´ı vl´akna i v ˇc´asteˇcnˇe st´ınˇen´ych prostorech, a tedy mˇern´y povrch vrstvy na textili´ıch m˚uˇze b´yt mnohem vˇetˇs´ı, neˇz u ploch´ych substr´at˚u i pˇresto, ˇze vrstva nezasahuje pˇr´ıliˇs do hloubky.

U vzorku b byl rychlostn´ı koeficient u tkanin niˇzˇs´ı. Tento vzorek nebyl v apa-ratuˇre um´ıstˇen pˇr´ımo na nap´ajen´e elektrodˇe, ale 2 mm nad elektrodou. Tedy teplota substr´atu mohla b´yt niˇzˇs´ı neˇz pˇri um´ıstˇen´ı pˇr´ımo na elektrodˇe. Sn´ımek povrchu tohoto vzorku ukazuj´ı obr´azky 5.51 a 5.52.

Obr´azek 5.51: Tkanina z ˇcediˇcov´ych vl´aken s vrstvou – vzorek 2 mm nad elektrodou

Obr´azek 5.52: Tkanina ze sklenˇen´ych vl´aken s vrstvou – vzorek 2 mm nad elektrodou

Zat´ımco na ˇcediˇcov´ych vl´aknech se vrstva vytvoˇrila pomˇernˇe rovnomˇernˇe, na sklenˇen´ych je vidˇet znaˇcn´a nehomogenita, vrstva se utvoˇrila pouze na horn´ı ˇc´asti vl´aken, mezi vl´akny jiˇz vrstva nen´ı. Nicm´enˇe i kdyˇz na ˇcediˇcov´ych vl´aknech je vrstva homogenn´ı i v mezivl´akenn´ych ˇc´astech, fotoaktivita byla niˇzˇs´ı. To m˚uˇze ukazovat na vliv teploty substr´atu na homogenitu tvoˇren´e vrstvy a z´aroveˇn tak´e na fotoak-tivitu. Vliv na v´yslednou strukturu vytvoˇren´e vrstvy m˚uˇze m´ıt i vlastn´ı struktura ˇcediˇcov´ych i sklenˇen´ych vl´aken.

U vˇsech mˇeˇren´ı fotoaktivity vˇetˇs´ı fotokatalytickou ´uˇcinnost vykazovala tka-nina z ˇcediˇcov´ych vl´aken. Nab´ız´ı se srovn´an´ı s testov´an´ım fotoaktivity na skle a kˇrem´ıkov´em waferu viz obr´azek 5.43, kdy byla prok´az´ana vˇetˇs´ı fotokatalytick´a

´

uˇcinnost u kˇrem´ıku neˇz u skla. Prok´azalo se, ˇze na kˇrem´ıkov´ych waferech doch´az´ı k vytvoˇren´ı vrstvy s vyˇsˇs´ım obsahem anatasu ve struktuˇre vrstev TiO₂. Zˇrejmˇe d´ıky krystalick´e struktuˇre samotn´eho waferu. Tak´e ˇcediˇcov´a vl´akna maj´ı oproti sklenˇen´ym vl´akn˚um vˇetˇs´ı pod´ıl krystalick´e f´aze. A m˚uˇze takto podpoˇrit i r˚ust krystalick´e f´aze u tenk´e vrstvy na nˇe nanesen´e.

6. Z´ avˇ er a zhodnocen´ı v´ ysledk˚ u

V pr´aci byl navrˇzen a s ´uspˇechem testov´an nov´y postup vyhodnocov´an´ı zab´ıhavosti radik´al˚u. Pro tento ´uˇcel byl sestaven modelov´y substr´at simuluj´ıc´ı sloˇzitou geome-trii povrchu. Tento substr´at umoˇzˇnuje mˇeˇrit jak vliv st´ınˇen´ı na ukl´ad´an´ı vrstvy v bl´ızkosti bari´ery, tak penetraci aktivn´ıch ˇc´astic do prostoru, kter´y nen´ı pˇr´ımo vystaven p˚usoben´ı plazmatu. Na z´akladˇe v´ysledk˚u popsan´ych v kapitol´ach 5.2.4 a 5.2.5, byly stanoveny podm´ınky pro penetraci aktivn´ıch ˇc´astic bˇehem plazmov´eho nan´aˇsen´ı tenk´ych vrstev do st´ınˇen´eho prostoru. Uveden´e v´ysledky prokazuj´ı kratˇs´ı stˇredn´ı volnou dr´ahu ˇc´astic v plazmatu pˇri vyˇsˇs´ım tlaku a tedy i v´ıce sr´aˇzek, kter´e zp˚usobuj´ı dif´uzi a schopnost vytv´aˇret vrstvy i ve st´ınˇen´em prostoru.

V prvn´ı f´azi experimentu byla na modelov´y substr´at deponov´ana polymern´ı vrstva plazmovou polymerizac´ı acetylenu. Ve druh´e f´azi pak byly na substr´atu deponov´any vrstvy na b´azi TiO₂ pomoc´ı TTIP jako prekurzoru. Tlouˇst’ka poly-mern´ıch vrstev byla mˇeˇriteln´a aˇz 15 mm od kraje ˇstˇerbiny, kam se aktivn´ı ˇc´astice mohly dostat pouze d´ıky sr´aˇzk´am a dif´uz´ı. Vrstva TiO2 pak byla namˇeˇrena pouze 5 mm od kraje a profil ve ˇstˇerbinˇe je velmi strm´y. Vrstva do ˇstˇerbiny t´emˇeˇr ne-zab´ıh´a. T´ımto byl prok´az´an vliv velikosti molekul na zab´ıhavost vrstvy do modelov´e ˇstˇerbiny. V´ysledky se op´ıraj´ı o teorii sr´aˇzek popsanou v kapitole 5.2.6, kde je tak´e porovn´an´ı profil˚u vrstev pro oba pouˇzit´e prekurzory. Vliv nosn´eho plynu O₂na dif´uzi je v pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı TTIP jako prekurzoru zanedbateln´y. Dif´uze je ovlivnˇena pouze sr´aˇzkami mezi molekulami prekurzoru TTIP.

Pr´ace rozˇs´ıˇrila poznatky moˇznosti vyuˇzit´ı plazmov´e depozice z plynn´e f´aze na textiln´ı substr´aty. V prvn´ı f´azi experimentu byla studov´ana moˇznost depozice vrstvy i na stranu tkaniny odvr´acenou od v´yboje. Byly vytvoˇreny vrstvy na bavlnˇen´e tka-ninˇe uloˇzen´e ve tˇrech vrstv´ach na sobˇe. Podaˇrilo se vytvoˇrit polymern´ı vrstvu, kter´a rovnomˇernˇe obalovala vrchn´ı vl´akna tkaniny. Na stejnou tkaninu byly tvoˇreny tak´e vrstvy TiO₂, ale s horˇs´ım v´ysledkem a to pˇredevˇs´ım kv˚uli ˇspatn´e adhezi vrstev k bavlnˇen´ym vl´akn˚um. Z hlediska velikosti molekul pouˇzit´eho prekurzoru vykazo-valy vrstvy vytvoˇren´e z C₂H₂ i z TTIP podobn´ych v´ysledk˚u – vrstva se tvoˇrila pouze na vrchn´ıch vl´aknech tkaniny. Nebyla pozorov´ana ve vnitˇrn´ı struktuˇre tkaniny ani na spodn´ıch tkanin´ach.

Vrstvy TiO₂ byly ´uspˇeˇsnˇe vytvoˇreny na technick´ych tkanin´ach z ˇcediˇcov´ych a sklenˇen´ych vl´aken s ˇridˇs´ı dostavou. Ale i v tomto pˇr´ıpadˇe byla vrstva pozorov´ana pouze na vl´aknech pˇr´ımo vystaven´ych p˚usoben´ı plazmatu.

Ve spolupr´aci s Katedrou fyziky Jihoˇcesk´e univerzity v ˇCesk´ych Budˇejovic´ıch byl vytvoˇren matematick´y model umoˇzˇnuj´ıc´ı simulaci procesu vytv´aˇren´ı vrstev na

modelov´y substr´at i na textiln´ı tkaniny. Pro oba typy substr´at˚u vykazuje tento model dobrou korespondenci s v´ysledky namˇeˇren´ymi bˇehem experiment˚u.

Na tkanin´ach z ˇcediˇcov´ych i sklenˇen´ych vl´aken byla za teploty 450^◦C vytvoˇrena vrstva TiO₂, kter´a prok´azala fotokatalytickou ´uˇcinnost. Tyto fotokatalytick´e vrstvy na tkanin´ach mˇely reakˇcn´ı koeficient vˇetˇs´ı, neˇz ploch´y substr´at a ukazovaly na vyuˇzit´ı velk´eho mˇern´eho povrchu textili´ı.

6.1 Pˇ r´ınosy disertaˇ cn´ı pr´ ace

Pˇr´ınosem t´eto pr´ace je rozˇs´ıˇren´ı znalost´ı o difuzivitˇe a vlivu depoziˇcn´ıch parametr˚u PECVD na vytv´aˇren´ı a tenk´ych vrstev na geometricky sloˇzit´e substr´aty. Pr´ace pˇrinesla nov´y n´ahled na PECVD z metaloraganick´ych slouˇcenin, kde bylo prok´az´ano, ˇze difuze radik´al˚u je kontrolov´ana nikoli celkov´ym, ale parci´al´ım tlakem prekur-soru, coˇz podstatnˇe sniˇzuje depozici vrstev do oblast´ı, kter´e nejsou v pˇr´ım´em styku s plazmatem. Prezentovan´e z´avˇery rozv´ıj´ı problematiku depozice tenk´ych vrstev me-todou PECVD ˇreˇsenou v Laboratoˇri povrchov´eho inˇzen´yrstv´ı Katedry materi´alu FS TUL.