I. Straturi subtiri fotocatalitice pe baza de ZnO si GO pentru suprafete cu [603326]

CUPRINS

I. Straturi subtiri fotocatalitice pe baza de ZnO si GO pentru suprafete cu
autocuratare. Studiu de literatura……………………………………………

I.1. Oxidul de zinc. Notiuni generale……………………………………
I.1.1. Aplicatiile ZnO………… ………………………………………
I.1.2. Proprietati ale ZnO …………… ………………………………
I.1.3. Grafena si derivati ai grafenei……………………………………
I.2. Suprafete cu autocuratare…………………………………………………
I.2.1. Fotocataliza…………………………………………………………
I.3. Depunere prin pulverizare cu piroliza………………………………
I.4. Scopul si obi ectivele lucrarii……………………………………………
II. Partea experimentala……………………………………………………………
II.1. Reactiv i……………………………………………………………
II.2. Mod de lu cru………………………………………………………
II.3. Aparatura……………………………………………………………
II.4. Rezultate si concluzii..…………………………………… …………

III. Partea de proiectare……………………………………………

III.1. Stabilirea datelor de proiectare………………………………
III.2. Schema flux………………………………………………………
III.3. Schema utilaj……………………………………………………
III.4. Schema instalatiei………………………………………………
III.5. Bilant de masa pe intreg fluxul…………………………………
III.6. Bilant global de energie…………………………………………
III.7. Calcul tehnico -economic………………………………………

IV. Dimensionarea si proiectarea unei ……….
V. Concluzii ……………………………………………………………………
VI. Referinte …………………………………………………………………….

I.1. Oxidul de zinc. No tiuni generale
I.1.1 . Aplicatiile ZnO
Oxidul de zinc este folosit in numeroase aplicatii precum: plasticul, ceramica, cimentul,
sticla, cauciucul, lubrifiantii, vopselele, adezivi, produse alimentare si multe altele. Oxidul de
zinc este un bun utilizator in pigmentarea cauciucului datorita indicelui de refractie si a
dimensiunilor optime ale granulatiei. Practic, ajuta la un grad ridicat de alb. O alta aplicatie a
oxidului de zinc este cea in prepararea vopselelor. Industria vopselelor s i-a dorit o
imbunatatire a produselor sale, tocmai de aceea de cele mai multe ori s -au folosit proprietatile
fizice, chimice si optice ale oxidului de zinc.
In productia lubrifiantilor, oxidul de zinc destinge proprietatile sale aparte folosite
pentru ungerea echipamentelor din sectorul alimentar.
ZnO este folosit peste 50% in industria cauciucului, datorita proprietatilor sale fizice si
chimice special. Anvelopele care ajung la temperature inalte in timplu rularii, trebuie sa aibe
o foarte buna conductibilitate termica. Aceasta metoda se poate obtine prin vulcanizare cu
ajutorul unui sistem format din oxid de zinc si stearina.
In productia de mase plastic, utilizarea oxidului de zinc prezinta un mare avantaj,
printre care rezistenta termica si mecanica, iar in cazul poliesterilor ajuta la imbunatatirea
vascozitatii acestora. Odata introdus in polietilena, acesta il face mai transparent, marindu -i
durata de viata si il stabilizeaza impotriva imbatranirii, protejandu -l in timp de radiatiile UV.
In productia de fungicide, oxidul de zinc cat si derivatii acestuia ajuta la controlul
ciupercilor sau a mucegaiului, in numeroase tipuri de aplicatii. Defapt, oxidul de zinc este un
fungistat avand proprietatea de a r etine dezvoltarea ciupercilor, spre exemplu mucegaiul de
pe peretele unei case. Oxidul de zinc este adaugat pentru cresterea eficientei in anumite
aplicatii speciale.
Oxidul de zinc este folosit in numeroase aplicatii precum: plasticul, ceramica , cimentul,
sticla, cauciucul, lubrifiantii, vopselele, adezivi, produse alimentare si multe altele. Oxidul de
zinc este un bun utilizator in pigmentarea cauciucului datorita indicelui de refractie si a
dimensiunilor optime ale granulatiei. Practic, ajuta la un grad ridicat de alb.
O alta aplicatie a oxidului de zinc este cea in prepararea vopselelor. Industria
vopselelor si -a dorit o imbunatatire a produselor sale, tocmai de aceea de cele mai multe ori
s-au folosit proprietatile fizice, chimice si optice ale oxidului de zinc.
In productia lubrifiantilor, oxidul de zinc destinge proprietatile sale aparte folosite
pentru ungerea echipamentelor din sectorul alimentar.

ZnO este folosit peste 50% in industria cauciucului, datori ta proprietatilor sale fizice si
chimice special. Anvelopele care ajung la temperature inalte in timplu rularii, trebuie sa aibe
o foarte buna conductibilitate termica. Aceasta metoda se poate obtine prin vulcanizare cu
ajutorul unui sistem format din oxid de zinc si stearina.
In productia de mase plastic, utilizarea oxidului de zinc prezinta un mare avantaj,
printre care rezistenta termica si mecanica, iar in cazul poliesterilor ajuta la imbunatatirea
vascozitatii acestora. Odata introdus in poli etilena, acesta il face mai transparent, marindu -i
durata de viata si il stabilizeaza impotriva imbatranirii, protejandu -l in timp de radiatiile UV.
In productia de fungicide, oxidul de zinc cat si derivatii acestuia ajuta la controlul
ciuperci lor sau a mucegaiului, in numeroase tipuri de aplicatii. Defapt, oxidul de zinc este un
fungistat avand proprietatea de a retine dezvoltarea ciupercilor, spre exemplu mucegaiul de
pe peretele unei case. Oxidul de zinc este adaugat pentru cresterea eficient ei in anumite
aplicatii speciale.

I.1.2 . Proprietati ale ZnO
O proprietate a ZnO este faptul ca este insolubil in apa, reactioneaza violent cu praful
de aluminiu si magneziu provocand astfel incendii si explozii. Acesta nu prezinta nici o
incompatibilitate cu alti compusi chimici, dare mite vapori toxici atunci cand este incalzit.
Este un compus stabil si neinflamabil. Particulele de oxid de zinc, in concentratii daunatoare
de particule in aer, pot fi atinse rapid. Odata inhalati vaporii oxidu lui de zinc pot cauza febra
de vapori de metal, provocand diferite simptome. Substanta sub forma de fum este iritanta
pentru tractul respirator, efectele sale putand fi intarziate.
Asa cum am mentionat anterior, oxidul de zinc este utilizat in n umeroase domenii, el
fiind unul dintre metalele neferoase cele mai considerabile in natura. Datorita proprietatilor
sale unice, precum valoarea mare a energiei excitonilor la temperatura camerei, cat si banda
larga cu tranzitie directa. Oxidul de zinc se p rezinta ca fiind un material semiconductor de
tip-n.
Toate aceste proprietati ale oxidului de zinc, permit ca acesta sa se comporte ca un
semiconductor eficient in construirea numeroaselor tipuri de dispositive functionale, precum
senxorii de gaze si UV, b iosenzorii, dispozitivele ultrasonice, tranzistorii pe baza de filme
subtiri, filtre etc.
Oxidul de zinc, ZnO, este un compus chimic anorganic utilizat ca si ingredient in
medicamente, ca si semiconductori in diverse industrii, dar si ca aditiv in pigmenti.
Acesta prezinta un interes important datorita largimii benzii interzise mari, a indicelui
de refracti e, a conductivitatii electrice ridicate, a transmisiei optice mari in domeniul vizibil,
s.a. Toate acestea ajuta ca oxidul de zinc sa fie utilizat la o gama larga de aplicatii. Doparea,
este metoda cea mai folosita pentru obtinerea straturilor subtiri de Z nO. Ea ajuta la

imbunatatirea proprietatilor acestor straturi cu electronii aflati in grupa a III -a, dar si cu
electronii de tranzitie.
Oxidul de zinc este un material semiconductor cu banda interzisa avand valoarea E g =
3,35 Ev (intre benzile de conductie cat si benzile de valenta).
ZnO cristalizeaza in doua forme structural si anume hexagonala, de tip Wurtzit (fig), si
structura de cubica, de tip blenda (fig). Structura hexagonala este mai stabile, ionii sai de Zn2+
coordinate tetrae dric, ei fiind inconjurati de patru atomi de O2-. Structura cubica, in conditii
atmosferice normale, poate fi stabilizata doar prin cresterea ZnO pe substraturile de forma
blenda. Pentru structura cubica, coordinarea este de tip octaedric, ceea ce inseamna ca ionii
de Zn2+ sunt inconjurti de sase ioni de O2-.
a) b)

Fig 1. Structurile celulei rețelei cristaline ZnO de tip wurtzită (a) și blendă (b)
Un semiconductor este alcatuit din banda de valenta (BV) care este ocupata cu
electroni, si banda de conductie (BC). In momentul in care unul din electronii aflati in banda
de valenta este iradiat cu o cantitate mare de energie cu energia benzii de conductie , atunci un
electron va fi trimis din banda de valenta in banda de conductie.
Cand acesta a ajuns in banda de conductie, se vor forma perechi de electron -gol.
Perechile vor avea o energie potential corespunzatoare nivelelor termodinamice pentru
electroni s i goluri, Diferenta de potential dintre cei doi este egala cu energia benzii de
conductie.

Fig.

Oxidul de zinc este mult utilizat datorita proprietatilor sale optice, electrice,
piezoelectrice si potentialul acestora in diverse domenii precum celule fotovoltaice,
optoelectronica, rezonatoare etc.
Oxidul de zinc isi schimba culoarea din alb in galben in momen tul in care este incalzit
in aer, revenind la culoarea initiala in momentul in care este rece. Acesta nu este stabil in
conditii extreme de pH. El reactioneaza cu majoritatea ac izilor precum acidul clorhidric.
Zno + 2HCl  ZnCl 2 + H 2O
Cele care degradeaza solidul pentru obtinerea zincatilor solubili sunt bazele, reactia
chimica fiind:
ZnO + 2NaOH + H 2O  Na2[Zn(OH) 4]
Pentru prepararea straturilor subtiri de ZnO metodele utilizate cele mai frecvent sunt:
– depunerea chimica din faza de vapori;
– oxidarea termica a straturilor de zinc;
– evaporarea termica in vid;
– pulverizarea catodica;
– piroliza spray, etc.
Obtinerea oxidului de zinc in strat subtire se realizeaza prin metoda SPD. Pulverizarea
cu piroliza este o metoda potrivita pentru depunerea de oxid de metal pe suprafete mari.
Acest process este deja aplicat pe scara larga, devenind o buna utilizare pentru depunerea de
celule solare fotovoltaice cu costuri reduse.
Eg

Aplicarea prin pulverizare este mai stabile pentru prelucrarea filmelor subtiri. Practic,
pulverizarea reprezinta o depunere chimica de vapori care a fost utilizata in mod succesiv
pentru depunerea diferitelor oxizi metalici. Ea prezinta si doua interese majore, precum
operarea la presiu nea atmosferica si depunerea pe o suprafata mare.
Este o metoda destul de simpla, datorita utilizarii aerului fara vid, sistem care este in
mare parte prezent in mai multe tehnici de depunere, precum evaporare, pulverizare, etc.
Depunerea se baz eaza pe transformarea mecanica a solutiei la un flux de picaturi, utilizand
gazul comprimat sau cu valuri cu ultrasunete. Picaturile sunt pulverizate pe o suprafata
incalzita, unde vor reactiona pentru a forma un film solid. Ele lovesc suprafata solida, un de
vor suferi rapid o deformare, ducand astfel la descompunerea lor. Performantele acestei
aplicatii depinde puternic de impulsul si transferal de caldura, rata de masa, picatura lichida
se aplatizeaza si se disociaza.

I.1.4. Grafena si derivati ai grafenei
Carbonul este un nemetal care se gaseste in grupa a IVa, perioada 2, prescurtarea lui
fiind C. Acesta se gaseste in doua strari alotrope , si anume: diamant si grafit. Diamantul este
o piatra pretioasa, un minere nativ, care din punct de vedere chimic este unul dintre f ormele
existente ale carbonului pur. El are o duritate maxima de 10 pe scara Mohs si cristalizeaza in
sistemul cubic (fig).
Atat diamantul cat si grafitul au starea de agregare solida, iar proprietatile lor fiind
determinate de structura acesto ra. Diamantul nu are culoare, este incolor,stralucitor si
transparent, iar grafitul are o culoare cenusie, opaca si este unsuros. Grafitul este utilizat la
electronii pentru cuptoare electrice cu arc, la creuzete metalurgice, la confectionarea minelor
de creion, lubrifianti, la cuve electrolitice cat si la fabricarea fibrelor de carbon

. Fig . Structura moleculara a diamantului Fig . Structura moleculara a grafitului
Grafitul este un bun conducator de curent electric si de caldura, iar diamantul nu
conduce curentul electric, dar nici caldura. Nici unul dintre cele doua nu se pot topi, iar la o
temperatura de peste 35000C, acestia se formeaza direct in vapori de atomi de carbon.
Diamantul este utilizat la taierea si gravarea sticlei, la bijuterii, la slefuirea metalelor dure, la
scule, etc.

Alte doua forme de cristalizare ale carbonului sunt: fulerenelesi nanotuburile. Fulerenele se
prezinta ca fiind opac e, cristaline, de culoare neagra si cristalizeaza in forma icosoedrica.
Acestea sunt mai usoare decat diamantul si grafitul, dar sunt mai grele decat apa. Fulerenele
sunt solubile in dizolvanti nepolari, totodata sunt izolatori electrici si termici.

Fig 6. Structura moleculara a fulerenelor

Grafena este un material constituit dintr -un singur strat de grafit si un strat de tip
“fagure” de atomi de carbon hibridizati. Este un material care a devenit cel mai cercetat inca
de la descoperirea sa din 2004 si pana in prezent.
a) b) c)

Fig. Stucturile moleculare ale grafenei (a), grafitului (b) si oxidului de grafena (c).

Grafena a fost obtinuta prin diferite metode de sinteza, precum: reducerea chimica si
electrochimica a oxidului de grafit / grafena, cresterea epitaxiala, exfolierea termica, etc.(fig).

Fig.8 Obținerea grafenei prin procesul de oxidare – exfoliere – reducere

Grafitul impreuna cu KMnO 4 in mediu acid la o temperatura mica de 100C formeaza
oxidul de grafit,de unde rezulta prin deliaminare oxidul de grafena, apoi prin procesul de
reducere rezulta grafena.
Oxidul de grafena a fost fabricat prin utilizarea procedeului Hummers cu metode
usoare.
I.2. Suprafete cu autocuratare
Suprafetele cu autocuratare prezita rolul de a indeparta particulele materiale, bacteriile,
praful, dar si poluantii organici si anorganici depusi pe suprafete.
Umectabilitatea este o proprietate importanta a unei suprafete solide, ia r unghiul de
contact este folosit in mod obisnuit pentru a caracteriza aceasta proprietate a suprafetei.
Agentul de umectabilitate este un surfactant care odata dizolvat in apa duce la scaderea
unghiului de contact si ajuta la deplasxarea aerului la supra fata inlocuind faza gazoasa cu faza
lichida. Un agent bun de umectabilitate este acela care reduce tensiunea superficiala a
lichidului sub valoarea critica a solidului.

Deliaminare
Oxid de grafit
Grafit
Grafena
1.Proces
2.Reducere
Oxid de grafena

Studiile referitoare la umectabilitate, mai exact la proprietatea suprafe tei unui material
de a fi udata de catre un lichid cu care intra in contact cu suprafata, implica masurarea
unghiului de contact. Aceasta metoda a determinarea unghiului de contact consta in plasarea
unei picaturi pe suprafata solida, plana, orizontala stu diata. Unghiul de contact este definit ca
fiind u nghiul format la intersectia interfetei lichid -solid cu interfata lichd -vapori.

Fig. Suprafete hidrofobe

Lichidul folos it pentru analiza este apa,. Ea ajuta la identificarea proprietatilor de
hidrofilie sau hidrofobie. Cand unghiul de contact este mai mic de 900, acesta arata un nivel
mare de udare si o buna hidrofilie a suprafetei solide (fig), iar cand unghiul este mai mic de
900, acesta corespunde unui nivel scazut de udare a suprafetei, in dicand astfel hidrofobia
acesteia. In domeniul suprafetelor cu autocuratare, apa joaca un rol important in curatare.
Practic, ea antreneaza particulele precum poluantii organici si anorganici, bacteriile, etc, c are
urmeaza sa fie indepartate. Indepartarea reprezinta defapt “spalarea” suprafetelor, ceea ce
duce la superhidrofobia straturilor subtiri.
a) b)

Fig. Unghiul de contact în cazul suprafețelor hidrofile și hidrofobe

Unghiul d e contact defineste hidrofobicitatea si superhidrofobicitatea suprafetei.
Suprafetele superhidrofobe au unghiul de contact mai mare de 1500. Exemplul cel mai
cunoscut pentru suprafetele superhidrobobe este efectul lotus. Frunzele de lotus sunt curate
mereu datorita faptului ca au o caracteristica deosebita. Ele respi ng apa in totalitate. In loc

saantreneze murdaria de pe ele si picatura sa alunece, ele defapt se rostogolesc pe suprafata
frunzelor, lasand astfel frunza curate.
Frunza de lotus, pe supraf ata acesteia, prezinta o structura cu nanocristale de ceara. Ele
sunt constituite din material hidrofobe, iar proprietatea lor accentuate de rugozitate este
nanostructure. De regula, particulele de apa ajunge pe suprafata frunzelor de lotus iau contact
mult cu aerul si se rostogolesc. Efectul lotus este utilizat de cele mai multe ori in proprietatile
de autocuratate pentru reducerea nevoilor de curatare si cu un foarte mare beneficiu pentru
viata si mediu.

Fig. Efectul
Lotus

Aplicatiile suprafetelor hidrofobe sunt:
– fabricarea unor componente ale avioanelor pentru a preveni fenomenul de inghet;
– politetrafluoroetilena (PTEE) folosita pentru respingerea picaturilor de apa de pe
suprafetele hidrofobe;
– sticle tratate hidrofob – folosite pentru construirea semafoarelor de pe strazi, dar si in
scopul a altor unitati de control al traficului.
Particulele sunt descompuse sau degradate in urma unor reactii chimice sub influenta
radiatiei luminoase.
Hidrofilicitatea reprezinta afinitatea fata de apa, respectiv proprietatea unei suprafete
de material care intra in contact direct cu moleculele de apa prin intermediul legaturilor de
hidrogen. Aceste molecule de apa patrund porii materialului si uda suprafata lui complet.
Majoritatea compusilor naturali, si anume polimerii naturali, proteinele, polizaharidele
etc, sunt hidrofili. Acoperirile hidrofile sunt foarte eficiente si mentin suprafete foarte mari.
Spre exemplu polizaharidele au grupari OH cu afinitate mare fata de apa. Odata folosita
acoperirea hidrofila, nu mai este nevoie de utilizarea lubrifiantilor. Suprafetele hidrofile
fotocata litice se folosesc de radiatiile solare pentru a putea descompune impuritatile si
murdaria de pe suprafata.

Fig. Suprafete hidrofile

I.2.1. Fotocataliza
Fotocataliza reprezinta procesul prin care energia solara este transformata in energie
chimica prin reactii reactii catalitice de descompunere a poluantilor lor.
Etapele procesului de fotocataliza sunt:
– adsorbtia poluantului pe suprafata fotocatalizatorului ;
– generarea speciilor reactive in prezenta apei ;
– descompunerea moleculelor de poluanti, sub actiunea radicalilor hidroxil ;
– desorbtia compusilor de degradare .
Procesul de fotocataliza are o eficienta care depinde de cresterea gradului de utilizare a
radiatiei luminoase, cat si de reducerea proces ului de dezactivare a catalizatorului prin
combinarea electron -gol. În fotocataliză, semiconductorii utilizați pot fi: oxizi, sulfuri,
seleniuri, fosfuri metalice. Cei mai des utilizați în fotocataliza heterogenă sunt: ZnO, TiO 2,
WO 3, SnO 2, WO 3, CdS.

Fig. Schema procesului de fotocataliza

Factorii care influenteaza procesul fotocatalitic sunt:
a) Fotocatalizatorul – semiconductor – ZnO care este active in UV si se as ociaza (exemplu:
ZnO / derivati de grafena);
Semiconductorii se pot utiliza in procesul de fotocataliza in momentul in care acestia
raman neschimbati pana la finalul procesului, sunt ieftini, stabili si ne -toxici, energia
fotonului nu trebuie sa fie inmagazinata in produsii finali si se pot forma perechi de electron –
gol prin proce sul de absorbtie al fotonilor cu o energie mai mare sau egala cu energia
necesara unui electron transmis din banda de valenta in banda de conductive.
Capacitatea unui semiconductor de a transfera electroni fotoindusi catre o particular
absorbita, este guvernata de pozitia benzii de energie a semiconductorului, cat si de potetialul
redox al adsorbantilor. Semiconductorul ZnO nu are proprietatea de absorbtie a energiei
luminoase foarte ridicata, dar prezinta o buna stabilitate chimica in mediu apos, avand o
toxicitate limitata sau nula.
In figura… este reprezentat mecanismul de fotocataliza al oxidului de zinc. ZnO se afla
aproape de banda de valenta, captureaza golul, iar oxigenul este aproape de banda de
conductive si captureaza electronul. Fotoelectronii sunt ridicati din banda de valenta in banda
de conductive electroni pozitiv si negative incarcati pe suprafata oxidului de zinc. Din cauza
generarii de goluri , electroni positive si negativi, reactiile redox apar l a suprafata
semiconductorilor. Radiațiile negativi pot interacționa cu oxigenul pe suprafața ZnO,
generând specii reactive de oxigen, inclusiv superoxid și oxigenul elementar.

Fig. Mecanismul de fotocataliza a ZnO
Fotocataliza detine rolul de a declansa sau de a accelera anumite reactii de reducere a
oxidarii in prezenta unei radiatii semiconductoare. Dimensiunea particulelor, temperatura de
reactie, pH -ul solutiei, concentratia catalizatorilor, dar si def ectele usoare de suprafata sunt
factorii principali care afecteaza activitatea fotocatalitica a ZnO. Degradarea fotocatalitica

este si ea afectata de catre alti factori de diferiti parametrii de reactie, precum tipul si
concentratia materiei organice.

Comparativ cu activitatea fotocatalitica, activitatea bacteriana din ZnO depinde atat de
factorii inerti, cat si de factori si externi. Factorii inerti include dimensiunea si morfologia
particulelor specifice suprafetei, cristalinitatea si concentr atia nanoparticulelor. Factorii
externi include echilibrul chimic al solutiei, precum concentratia, pH -ul, compozitia chimica
si temperatura reactivului.

Datorită influenței dimensiunii cuantice, banda de conducere devine mai negativă, iar
banda de valență devine mai pozitiva. D iferența energetică a semiconductorului devine largă,
iar diferența de bandă a semiconductorului crește cu scăderea dimensiunii particulelor.
Modificarea dimensiunilor particulelor a îmbunătățit potențialul de reduce re a oxidării din
valențe și electroni de conducere. Activitatea catalitică mai mare a oxidului de zinc ar putea
fi obținută cu un efect mai bun de separare a încărcăturii. Astfel, reducerea de dimensiune a
particulelor este benefică pentru suprafață implicata in activitatea fotocatalitică.

b) Poluantul:

Poluantul pentru testarea fotocatalitica, MB, este folosit ca poluant de referinta,folosit
in testarea materialelor fotocatalitice. Evaluarea acestuia consta in masurarea vitezei de
decolorare fotocatalitica poluantului in solutia apoasa prin metoda de spectrofotometrie
VIS.

Fig. Formula structurala a albastrului de metilen

c) Radiatia luminoasa :

In domeniul VIS, deplasarea absorbtiei radiatiei luminoase se face cu ajutorul
fotocatalizatorilor tandem. Acestia se pot obtine prin combi narea a doi semiconductori
diferiti, unul cu banda interzisa larga, iar celalalalt cu banda interzisa ingusta.
Semico nductorul cu banda interzisa larga ajuta la absorbirea fotonilor cu lungime de unda
in domeniul UV, iar semiconductorul cu banda interzisa ingusta, ajuta la absorbtia si in
vizibil.

Modul de luminiscenta, structura si durata de viata a sursei de lumina sunt strans
legate de eficienta oxidarii fotocatalitice. Lungimea si luminiozitatea intensitatii sunt efecte
ale surselor de lumina asupra reactiei. Latimea intervalului de banda a oxidului de zinc
determina lungimea de unda si lumina incidenta nec esara. Golurile si electronii fotonici pot
fi excitati doar in intervalul de lungime de unda necesara. Factorul care afecteaza
degradarea fotocatalitizatorului este intensitatea luminoasa. Eficienta de degradare pentru
compusii organici poate fi obtinuta c u ajutorul unei lumini puternice .

Crestere intensitatii luminii din domeniul UV pana la lungimea de unda VIS poate
stimula reactii fotocatalitice. Viteza de reactie constanta creste rapid cu cresterea intensitatii
lumnoase in fotodegradarea unu i anumit antibiotic. Din cauza nanoparticulelor, intensitatea
luminoasa va obtine mai multa energie de iradiere prin intermediul perechilor de electron –
gol si radicalii hidroxil pentru a accelera degradarea de compusi organici. Rata de
degradare scade după expunerea sa indelungită, care poate fi cauzată prin agregarea
moleculelor mici în concentrația superioară sistem.

Cu toate acestea, cercetările au arătat că pr oprietățile ZnO erau diversificate în
diferite condiții iluminate. Unii cercetăt ori au comparat efectul condițiilor de lumină
privind performanța antibacteriană a ZnO, și au constatat că eficiența antibacteriană a ZnO
a fost urmată: lumină UV> simuleaza lumina soarelui> fără lumină .

Oxidul de zinc a adus proprietati fotocatalitice mai puternice prin iradiere prin
intermediul domeiului UV. Aderenta particulelor de oxid de zinc pe peretele celular
bacterian, in conditii de intuneric, a reprezentat o valoare semnificativa pentru factori i cu
risc patogen din mediu din cauza adaugarii de nanoparticule de ZnO. Oxidul de zinc este
compatibil cu lumina UV si absoarbe foarte bine. Conductivitatea sa este semnificativ
imbunatatita deoarece a activat interaciunea dintre oxidul de zinc si bacteri ile. Pe de alta
parte radiatia cu intensitate ridicata la lungimi de unda specifice, poate ucide
microorganismele.

I.3. Depunere prin pulverizare cu piroliza

Acoperirea prin pulverizare este o metoda destul de usoara, care nu este specifica
unui anumit substrat , totodata poate fi aplicata usor pe o suprafata mare. In mod obisnuit,
nu necesita acoperirea prin pulverizare altor procese complicate si costisitoare , iar din
punct de vedere comercial este posibila o gama larga de produse de aplicatii.

Aceasta metoda este simpla si rapida, usor de utilizat si cu un material eficient,
realizat in sistem non -vid si permite obtinerea unor filme cu proprietati pentru aplicatii pe
suprafete mari. P rintre tehn icile diversificate de pulveriz are, pulverizarea termica a
devenit o solutie excelenta pentru limitatile procesarii nanocompozitelor polimerice si/sau
ceramice.

Materialele de acoperire disponibi le pentru pulverizarea termica include metale,
ceramic,aliaje, material plastic si composite. De obicei, acestea sunt alimentate sub forma
de pulbere sau sarma, incalzite la o stare topita sau semimolata si accelerate spre
substraturi sub forma de particul e de scara micrometrica sau nanometrica.

Pulverizarea termica in general, este un proces in care un material este incalzit,
accelerat si propulsat de o temperatura ridicata – jet, printr -o duza limitatoare catre o
suprafata. Calitatea invelisului este dete rminate de porozitatea sa, continutul de oxid,
duritatea, rezistenta legaturii si rugozitatea suprafetei.

Pulverizarile se realizeaza in functie de anumite conditii de depunere, care se pot fi
controlati . Aceste conditii de depunere sunt urmatoarele:
– substratul care urmeaza a fi pulverizat;
– presiune gaz purtător (aer comprimat );
– temperatura de depunere (T depunere );
– numarul de secvente de pulverizare ;
– pauză între secvente.
Aceste conditii de depunere determina morfologia, omogenitatea si proprietatile
fotocatalitice ale straturilor depuse.
Tehnica de depunere pri n pulverizare cu piroliză (SPD) , prezintă un numar mare de
avantaje precum:

– nu necesită sp atii inchise la nici o etapă de depunere, fata de depunerile prin
vapori;
– viteza de depunere și grosi mea filmelor este ușor de controlat pe o suprafață
mare, modific and parametrilor de depunere;

– depunerile sunt realizate la temperaturi moderate (100 – 500˚C) , se pot obține
filme pe material sau suprafețe cu rezistențe termice mai scăzute;
– cost scăzut al procesului.

Pentru a putea fi utilizat in aplicatii fotocatalitice, oxidul de zinc se asociaza cu altii
semiconductorii, cum ar fi derivatii nanostructurati ai carbonului (grafena, oxid de grafena,
oxid de grafena redus).
Cei trei agenti tensioactivi cu clorura l iniara utilizati pentru obtinerea filmelor subtiri
de oxid de zinc care au fost la randul loc pulverizati prin depunerea pirolizei sunt:
dodecilsulfurat de sodiu anionic (SDS), bromura d e dodecyl trimetil -amoniu cationica
(DTAB) si dodecanol neionic (DD). Concentratia si tipul agentilor tensioactivi influenteaza
formarea straturilor subtiri. Acestea au fost corelate si investigate cu eficienta lor
fotocatalitica prin indep artarea metilenului sub iradiere de UV -VIS.
Pentru a putea regla proprietatile filmelor subtiri, se pot utiliza aditivi precum agentii
de suprafat a, agentii de chelare, alcooli. C ei mai utilizati aditivi sunt agentii de control al
cresterii si inhibatorii de aglomerare. Interaciunile cu solutia de precursor variaza in functie
de agentii activi , hidrocarburi, cat si de ioni. In sistemele precursoare se pot con trola
compozitia slventului cu anumite consecinte asupra cristalinitatii, capacitatea de umectare a
filmelor subtiri, concentratia surfactantului si morfologia.
In cazul e letrodepunerii cu oxid de zinc cu surfactanti sunt utilizati dodecil sulfat de
sodiu (SDS) si alchilfen ol polioxietilen eten, iar pentru controlul morfologiei filmelor subtiri
de ZnO prin procedeul hidro -termic se utilizeaza bromura de cetiltrimetilamoniu cationica
(CTAB). Oxidul de zinc obtinut prin metoda SPD incluzand o rezolutie a sistemului care
contine de asemenea alc ool polivinilic ca agent de formare.
Filmele subtiri ale oxidului de zinc sunt utilizate pe o scara larga ca si strat antireflectie
in celulele fotovoltaice si pot fi cultivate prin diferite tehnici impleme ntate la diferite
temperatur i. Proprietatile morfologice si optice ale filmelor subtiri de oxid de zinc sunt
obtinute prin piroliza pulverizata pe straturile de sticla la temperature diferite de crestere (de
la 3500 la 5500C).
Morfologia suprafetei filmelor este analizata prin scanarea unui electron prin metoda
microscopiei SEM, unde va fi modi cata temperatira substratului. Caracterizarea optica a
filmelor de oxid de zinc au fost efectuate prin masur atori de transmisie si fotoluminiscenta.
Proprietatile optice principale ale straturilot subtiri de ZnO sunt:
– toate filmele sunt foarte transparente in regiunea vizibila a spectrului electromagnetic;
– transmisia medie in domeniul VIS (400 -800 nm) este mai mare de 80%.

Un strat de antireflectie (AR) este un tip de acoperire aplicat pe suprafata unui material
pentru a reduce reflexia luminii si pentru a creste transmisia luminii. Straturile AR sunt
utilizate pentru ce lulele fotovoltaice, ochelari, monitoare de camera etc. Oxidul de zinc este
un material atractiv pentru stratul dielectric AR, datorita bunei sale transparente, indicelul de
refractive adecvat dar si capacitatii sale de a forma aco perirea suprafetei prin intermediul
cresterii anizotrope.
Diferenta directa de banda larga a oxidului de zinc, Eg = 3,37 eV , o realizeaza
transparenta pentru o lungime de unda mare in spectrul solar.

Avantaje ale utilizarii oxidului de zinc ca straturi in celulele f otovoltaice sunt:

– stabilitatea chimica si fizica ridicata a acestuia;
– stabilitatea termica in atmosfera de hidrogen din plasma;
– legarea mare a excitonului energiei de 60meV;
– conductivitatea electrica rificata;
– cost redus.

In comparatie cu alte tehnici, metoda pirolizei pulverizate este o metoda simpla, non –
vid si ieftina. Este mai utila pentru producerea de filme la scara larga.

Calitatea si proprietatile fizice ale peliculelor preparate folosind tehi ca de piroliza prin
pulverizare, depind de depunerea si post -depunerea in diferit e conditii, precum :
– temperatu ra substratului;
– natura si concentratia precursorului;
– rata de pulverizare;
– duza la distanta substratului;
– presiunea gazului purtator.

In acesti parametrii, tempera tura substratului joaca rolul de crestere a filmelor cu oxid
de zinc. Aceste conditii au fost semnificativ asupra proprietarilot din filmele TCO bazate
pe ZnO.

I.4. Scopul si obiectivele lucrarii

Scopul lucrarii consta in obtinerea de suprafete cu autocuratare fotocalitica pe baza
de ZnO si GO, depus prin pulverizare pirolitica.

Obiectivele:

– Obtinerea straturilor subtiri de oxid de zinc (ZnO) prin medota depunerii prin
pulverizare pirolitica (SPD);

– Obtinerea straturilor subtiri de ZnO cu oxid de grafena (GO) urmand doua
strategii:
a) Depunere de straturi prin pulverizari succesive;
b) Realizarea compozitiei ZnO -GO in strat prin pulverriza re.
– Testarea proprietatilor de autocuratare fotocatalitica a strarturilor subtiri
obtinute ( unghi de contact, fotocataliza).

https://www.google.ro/search?q=fotocataliza&source=lnms&tbm= isch&sa=X&ved=0ahUKE
wj8lbro2 –
3iAhXPGewKHdGHBeYQ_AUIECgB&biw=1366&bih=654#imgdii=E86VvQYwsPcxtM:&
imgrc=DmVYvcjG0XZOaM :

https://www.google.ro/search?q=fotocataliza&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKE
wj8lbro2 –

3iAhXPGewKHdGHBeYQ_AUIECgB&biw=1366&bih=654#imgdii=0jmMW5Oc0D8cwM:
&imgrc=DmVYvcjG0XZOaM :

https://www.google.ro/search?q=fotocataliza&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKE
wj8lbro2 -3iAhXP GewKHdGHBeYQ_AUIECgB&biw=1366&bih=654#imgrc=mCnR7Eb –
3G7SVM :