Наноструктуровані тонкі плівки ZnO і CuI на полі(етілентерафталатних) стрічках для захисту від ультрафіолетового випромінювання

У роботі ми вивчаємо придатність для захисту від земної ультрафіолетової частини сонячного спектра нелегованих і легованих індієм тонких наноструктурованих плівок оксиду цинку, ZnO і ZnO:In, відповідно, і плівок йодиду міді (CuI), отриманих методом послідовної адсорбції та реакції іонних шарів (SILAR) на легких і недорогих гнучких підкладках з полі(етілентерефталата) (ПЕТ). Морфологія плівки спостерігалася методом скануючої електронної мікроскопії (SEM). Хімічний склад плівок досліджено методом рентгенофлуоресцентного (XRF) мікроаналізу. Для дослідження кристалічної структури ми використовували рентгенодифракційний метод (XRD). Здатність УФ захисту наноструктурованих тонких плівок, стрічок ПЕТ і зразків, що складаються з підкладок ПЕТ і плівок, нанесених на них методом SILAR, була оцінена на основі їх оптичних властивостей відповідно до міжнародного стандарту ISO 2443:2012 (E) "Визначення фотозахисту від УФА сонцезахисних кремів in vitro". Згідно з дослідженням, наноструктуровані тонкі плівки ZnO, ZnO:In і CuI, виготовлені дешевим, доступним і придатним для масового виробництва методом SILAR на тонких гнучких дешевих ПЕТ підкладках, були запропоновані в якості нового матеріалу для застосування в області екранування від ультрафіолетового випромінювання. Відповідно до міжнародного стандарту ISO 2443:2012 (E) здатність до УФзахисту зразків, що складаються з ПЕТ-підкладок і плівок, нанесених на них методом SILAR, відповідає категорії "відмінно" (50+). Кращим недорогим, гнучким і легким матеріалом, що захищає від ультрафіолетового випромінювання, виявився матеріал, що складається з плівки ZnO:In і ПЕТ підкладки, у якого сонцезахисний коефіцієнт дорівнює 157.In this work, we study a suitability for protection against terrestrial ultraviolet part of the solar spectrum of undoped and doped by indium zinc oxide thin nanostructured films, ZnO and ZnO:In, respectively, and cuprous iodide (CuI) films obtained via Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) techniques on the lightweight low cost poly(ethylene terephthalate) (PET) flexible substrates. The film morphology is observed by scanning electron microscopy (SEM). Chemical compositions of the films are investigated by X-ray fluorescence (XRF) microanalysis. To research crystal structure we used X-ray diffraction (XRD) method. The UV-protection ability of the nanostructured thin films, PET tapes and samples consisting of the PET substrates and the films deposited on them by the SILAR method has been evaluated on the base of their optical properties in accordance with an international standard ISO 2443:2012(E) "Determination of sunscreen UVA photoprotection in vitro". According to the research, nanostructured ZnO, ZnO:In and CuI thin films made by the cheap, affordable, and suitable for mass production SILAR method on thin flexible cheap PET substrates have been proposed as a new material for UV-shielding applications. In accordance with an international standard ISO 2443:2012(E), UV-protection ability of the samples consisting of the PET substrates and the films deposited on them by the SILAR method fits the category "excellent" (50+). The best low cost flexible and lightweight UV shielding material turned out to be that consisted from ZnO:In film and PET substrate, the sun protection factor of which equals 157

Вплив обробки у водневій плазмі тліючого розряду на шари оксиду цинку, виготовлені імпульсним електрохімічним осадженням і методом SILAR

У роботі ми досліджували вплив обробки в плазмі тліючого розряду Н2+ на шари ZnO, які були нанесені на покриті плівками легованого фтором оксиду олова (FTO) скляні підкладки шляхом низькотемпературного осадження з водних розчинів, а саме, методом імпульсного електрохімічного осадження і методом послідовної адсорбції і реакції іонних шарів (SILAR). Показано, що кристалічна структура, морфологія поверхні, хімічний склад і оптичні властивості після плазмової обробки зазнають деяких деструктивних змін через утворення кисневих вакансій Vo і пов'язаних з воднем дефектів, а також внаслідок того, що Н2+-плазма тліючого розряду здатна травити ZnO шляхом відновлення оксиду цинку і випаровування з поверхні Zn. Проте в цілому, наші дослідження продемонстрували досить добру стійкість шарів ZnO до радіаційного та хімічного впливів плазми при одержаній кожним зразком ZnO/FTO високій сумарній густині потоку Н2+ приблизно 8·1018 см – 2.In this work, we investigated the effect of glow-discharge H2+ plasma treatment on ZnO layers deposited on fluorine doped tin oxide (FTO) glass substrates through low temperature aqueous solution growth, namely, via a pulsed electrochemical deposition and by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) technique. It is shown that the crystal structure, surface morphology, chemical composition and optical properties obtain some destructive changes after plasma processing due to the creation of oxygen vacancies Vo and H-related defects, and additionally, because of the zinc oxide etching by the glowdischarge H2+ plasma through reduction of zinc oxide and evaporation of Zn from the surface. Nevertheless, our investigations show quite good stability of the ZnO layers to the plasma-induced radiation and chemical impacts under high total H2+ fluence received by every ZnO/FTO sample ~ 8·1018 cm – 2

Змочуваність бавовняних і поліестерових тканин, покритих наноструктурованими шарами оксиду цинку, легованого індієм

Тонкі плівки легованого індієм оксиду цинку (ZnO:In) осаджувалися на тканини бавовни (Ct) і поліестеру (PET) методом послідовної адсорбції та реакції іонного шару (SILAR) з метою створення зручного в носінні, нетоксичного, легкого, і повітропроникного текстилю. Таким чином, ми отримали матеріали з ієрархічною мікро- та наномасштабною шорсткістю ZnO:In/Ct і ZnO:In/PET, відповідно. Отримані плівки ZnO:In мають однофазну нанозернисту полікристалічну гексагональну структуру типу вюрцит. Показано, що властива бавовні гідрофільність забезпечує змочуваність тканини ZnO:In/Ct як до, так і після вакуумного відпалу. Навпаки, тканина ZnO:In/PET гідрофобна, її кут контакту з водою CA дорівнює 140°. Виявилося, що можна надати супергідрофобні властивості тканині ZnO:In/PET без будь-якого додаткового просочувального шару за допомогою вакуумного відпалу при 200 °C протягом 1 або 2 год. Супергідрофобність цієї тканини була підтверджена як статичними, так і динамічними вимірами CA = 160° та гістерезисом контактного кута CAH = 10°, відповідно. Стан змочування Кассі-Бакстера для відпаленої тканини ZnO:In/PET визначається за допомогою техніки випаровування крапель води. Під впливом ультрафіолетового (УФ) випромінювання (26 Вт, довжини хвиль в діапазоні 315-400 нм) протягом 60 хв відпалені у вакуумі тканини ZnO:In/PET перетворюються із супергідрофобних у гідрофобні, їх СА зменшуються з 160° до ~ 130° і повертаються через 9 днів зберігання в темряві. Таким чином, ми отримали супергідрофобну тканину, яка залишається незмочуваною в умовах експлуатації на сонячному світлі.Indium-doped zinc oxide (ZnO:In) thin films were deposited onto cotton (Ct) and polyester (PET) fabrics via Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) method for the purpose of developing comfortable to wear, nontoxic, lightweight, and air-permeable textile. Thus, we obtained materials with hierarchical micro- and nanoscale roughness ZnO:In/Ct and ZnO:In/PET, respectively. The obtained ZnO:In films have a single-phase nanograined polycrystalline wurtzite hexagonal structure. It has been shown that the inherent cotton hydrophilicity provides wettability of ZnO:In/Ct fabric both before and after vacuum annealing. On the contrary, the ZnO:In/PET fabric is hydrophobic, its water contact angle CA equals 140°. It turned out that it is possible to impart superhydrophobic properties to the ZnO:In/PET fabric without any additional impregnation layer by means of post-growth vacuum annealing at 200 °C for 1 or 2 h. The superhydrophobiсity of this fabric was confirmed via both static and dynamic measurements of CA = 160° and contact angle hysteresis CAH = 10°, respectively. The Cassie-Baxter wetting state for the annealed ZnO:In/PET fabric is identified through a water-drop evaporation technique. Upon exposure to ultraviolet (UV) radiation (26 W, wavelengths in the 315-400 nm range) for 60 min, the vacuum annealed ZnO:In/PET fabrics are transformed from superhydrophobic to hydrophobic, their СAs reduced from 160° to ~ 130° and returned after 9 days of storage in the dark. Thus, we obtained a superhydrophobic fabric that remains non-wettable under operating conditions in sunlight

Вплив УФ випромінювання позаземної сонячної радіації на структуру і властивості плівок ZnO виготовлених імпульсним електрохімічним осадженням і методом SILAR

Дослідження впливу довгохвильового (УФА) і короткохвильового (УФС) ультрафіолетового випромінювання позаземної сонячної радіації на наноструктуровані масиви оксиду цинку, які були вирощені імпульсним електроосадженням, а також на плівки ZnO і ZnO:In, виготовлені методом послідовної адсорбції і реакції іонних шарів (SILAR) підтвердили їх придатність в якості УФА-активних фоточутливих матеріалів. Кристалічна структура, морфологія поверхні, хімічний склад і оптичні властивості не виявили явних, значних, деградуючих змін після УФС опромінення. Однак, ми виявили деякі незворотні зміні в природі точкових дефектів під впливом УФС, які впливають на питомий електроопір, енергію активації, фоточутвливість і термоелектричні властивості ZnO і ZnO:In.The investigations of effect of long-wave (UVA) and short-wave (UVC) ultraviolet light of extraterrestrial solar irradiance on the nanostructured zinc oxide arrays, which were grown by pulsed electrodeposition, as well as on the ZnO and ZnO:In films produced by Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction technique (SILAR) confirmed their suitability as UVA-active photosensitive materials. The crystal structure, surface morphology, chemical composition and optical properties found no obvious significant destructive changes after UVC irradiation. However, we detected some irreversible changes in the nature of point defects under the influence of UVC, which affect the ZnO and ZnO:In resistivity, activation energy, photosensitivity and thermoelectrical properties