Research on the Superhydrophilic Properties of Tio2 Films Formed by the Reactive Magnetron Sputtering Method and the Development of technology to Enhance them

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Currently, there is significant focus on researching metal oxide films and developing production technologies to create innovative devices widely utilized across various industries and scientific fields. Many of these devices rely on photoinduced processes, such as photocatalytic activity and superhydrophilicity. This study specifically examines the superhydrophilic property of titanium oxide films. The primary parameter used to assess this property is the contact angle, which approaches 0° in superhydrophilic surfaces. However, existing studies have not provided a comprehensive understanding of the mechanisms or causes behind superhydrophilicity on titanium oxide film surfaces. Therefore, achieving superhydrophilic films requires reliance on advanced technologies and production methods. Among these methods, reactive magnetron sputtering stands out due to its superior properties. The novelty of this study lies in demonstrating that titanium oxide films produced by reactive magnetron sputtering exhibit higher superhydrophilic properties compared to those previously reported. The aim of the work is to develop a technology for forming superhydrophilic titanium oxide films using reactive magnetron sputtering and experimentally identify parameters that affect their superhydrophilic properties. Conclusions. A series of samples was obtained using the UVN-71P 3 vacuum unit. Data analysis from all experiments revealed that the superhydrophilic properties are influenced by the thickness of the titanium oxide film, the concentration of argon and oxygen, the substrate temperature, and the substrate material. Additionally, the composition of the droplets affects the superhydrophilic properties. Parameters such as the distance between the target and the substrate (100 mm) and the target current (1.5 A) remained constant in all experiments.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Dmitry E. Shashin

Volga State University of Technology

Author for correspondence.
Email: ShashinDE@volgatech.net
ORCID iD: 0000-0002-8222-2824
SPIN-code: 8962-1241

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Design and Production of Radio Equipment

Russian Federation, 3, Lenin sqr., Yoshkar-Ola, 424000

Dmitry S. Vladimirov

Volga State University of Technology

Email: ShashinDE@volgatech.net
SPIN-code: 7717-7915

Design Engineer

Russian Federation, 3, Lenin sqr., Yoshkar-Ola, 424000

References

  1. Nahid A. A. A Self-Cleaning Approach Utilizing Metal Oxide Thin Films and Nanocomposites. Nature-Inspired Self Cleaning Surfaces in the Nanotechnology Era. 2023:59-72. doi: 10.5772/intechopen.111971
  2. Rudakova A.V., Oparicheva U.G., Grishina A.E. et al. The effect of photoinduced superhydrophilicity of metal oxide surfaces. Fundamental research. 2013;(10):1959-1963. (In Russ.).
  3. Shapovalov V.I. Nanopowders and films of titanium oxide for photocatalysis: a review. Glass Physics and Chemistry. 2010;36(2):121-157. (In Russ.).
  4. Irie H., Hashimoto K. Photocatalytic active surfaces and photo-induced high hydrophilicity/high Hydrophobicity. Hdb Env Chem. 2005;(2):425 –450. doi: 10.1007/b138190
  5. Bahnemann D. et al. Photo-induced hydrophilicity and self-cleaning: models and reality.
  6. Energy Environ. 2012;(5):7491 – 7507. doi: 10.1039/C2EE03390A
  7. Miyauchi M. et al. Photocatalysis and photoinduced hydrophilicity of various metal oxide thin films. Chem. Mater. 2002;14(6):2812 –2816. doi: 10.1021/cm020076p
  8. Guo K., Jiang Bo, Peng Zhao et al. Review on the Superhydrophilic coating of Electric insulator. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;651:1-10. doi: 10.1088/1755-1315/651/2/022037
  9. Villa N., Golosov D.A., Nguyen T.D. Formation of titanium oxide thin films by reactive magnetron sputtering. Doklady BGUIR. 2019;(5):87-93. (In Russ.).
  10. Anpo M. et al. Mechanism of photoinduced superhydrophilicity on the TiO2 photocatalyst surface. J. Phys. Chem. 2005;109(32):15422-15428. doi: 10.1021/jp058075i
  11. Brus V.V., Kovalyuk Z.D., Maryanchuk P.D. Optical properties of thin TiO2-MnO2 films produced by elec-tron beam evaporation. Technical Physics. 2012;82(8):110-113. (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Block diagram of the UVN-71P3 vacuum facility

Download (289KB)
3. Fig. 2. Principle of producing a TiO2 film in a vacuum facility

Download (1MB)
4. Fig. 3. Typical technological process for producing TiO2 films

Download (300KB)
5. Fig. 4. Sequence of studying superhydrophilic properties

Download (165KB)
6. Fig. 5. Operating algorithm of the AngleMeter pro-gram

Download (172KB)
7. Fig. 6. AngleMeter program interface

Download (252KB)
8. Fig. 7. Transmission spectrum of a substrate with a TiO2 film and envelope curves

Download (241KB)
9. Fig. 8. a) Influence of formation time on film thickness; b) Effect of film thickness on superhydrophilic properties

Download (175KB)
10. Fig. 9. Effect of applied water drops on the superhydrophilic properties of the TiO2 film

Download (232KB)
11. Fig. 10. Effect of oxygen concentration on the superhydrophilic properties of the TiO2 film

Download (243KB)
12. Fig. 11. Effect of substrate temperature on the superhydrophilic properties of the TiO2 film

Download (208KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».