Nanomateriale de dioxid de titan

Nanomaterialele (nanoparticulele, nanopulberile, nanocristalele) sunt substanțe chimice sau materiale fabricate și utilizate la scară foarte redusă. Structurile lor variază între aproximativ 1 și 100 nm, în cel puțin o dimensiune.

Cercetarea în domeniul nanomaterialelor este într-o dezvoltare intensă, datorită largii varietăți de potențiale aplicații în domenii precum biomedicină, optică și eletronică. Nanoparticulele sunt de mare interes științific, acestea reprezentând o punte între materialele pulvelerente și structura atomică sau moleculară. Materialele pulvelerente ar trebui să aibă aceleași proprietăți fizice indiferent de măsura acestora, însă, la scară nano, acest lucru diferă. Proprietăți dependente de dimensiune pot apărea în cazul superparamagnetismului în materialele magnetice.

2.Dioxidul de titan

Dioxidul de titan este un material cu proprietăți multifuncționale. O atenție deosebită s-a acordat în ultimii ani obținerii şi proprietăților dioxidului de titan cu proprietăți fotocatalitice, cu aplicații legate de degradarea poluanților, realizarea celulelor fotoelectrochimice. De interes sunt, de asemenea, şi filmele de dioxid de titan depuse pe diverse substraturi în scopul obținerii unor caracteristici speciale (de exemplu suprafețe cu proprietăți de autocurățare). Proprietățile optice ale dioxidului de titan, care determină caracteristicile fotocatalitice depind şi de proprietățile structurale ale acestuia, de aceea studierea proprietăților structurale reprezintă un aspect important în investigarea acestui tip de material.

2.1Sinteza nanocristalelor de dioxid de titan

Prin hidroliza alcoxizilor de titan se pot obține nanopulberi de TiO2. Parametrii procesului influențează proprietățile produşilor rezultați. Dintre aceştia menționăm: concentrația reactanților, pH-ul soluției, temperatura la care se desfăşoară procesul de hidroliză, natura catalizatorilor.

Alcoxizii sunt compuşi în care cationii metalici sunt legați de o unitate hidrocarbonat prin intermediul oxigenului. Formula generală a unui alcoxid este M(OR)n, unde M = orice cation metalic, iar R = metil, etil, propil, butil sau alte grupe alchil. Alcoxizii sunt substanțe lichide sau solide uşor fuzibile, solubile în solvenți organici, uşor de purificat prin distilare şi sunt sensibili la acțiunea apei. Etapele procesului de hidroliză a alcoxizilor în vederea obținerii TiO2 sunt prezentate schematic în figura următoare.

Prin hidroliza alcoxizilor se pot sintetiza, la temperaturi joase, în prezența sau în lipsa catalizatorilor, nanopulberi de TiO2 cu proprietăți fotocatalitice, având diferite faze cristaline. Se mai pot obține şi filme de TiO2 depuse pe diferite substraturi prin metoda sol-gel urmată de centrifugare.

2.2Morfologia nanocristalelor de dioxid de titan

Caracteristicile morfologice ale pulberilor şi filmelor de dioxid de titan pot fi puse în evidență prin microscopie electronică de transmisie (TEM) şi microscopie electronică de baleiaj (SEM). Microscopul electronic este astăzi un instrument de studiu indispensabil în fizica şi ingineria materialelor, oferind informații multiple despre structura intimă a materialelor.

Astfel prin SEM se studiază morfologia pulberilor, aspectul suprafeței particulelor, punându-se în evidență oxizi, fisuri, structura de suprafață. În cazul filmelor subțiri prezintă interes studiul asupra formei, mărimii şi distribuției după mărime a cristalitelor depuse, cât şi compactitatea stratului depus.

Microscopia electronică de transmisie (TEM) se bazează pe efectul caracteristicilor structurale ale materialului de analizat asupra trecerii unui fascicul accelerat de electroni printr-un eşantion foarte subțire (filme). Imaginile obținute prin TEM oferă informații despre: structura limitelor de grăunți, localizarea şi vizualizarea dislocațiilor, planele de alunecare din grăunții cristalini, morfologia şi dispersia fazelor fine.