KR20050086064A - Method for preparing titanium oxide by tungsten oxide thin films for hydrophilicity - Google Patents

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Abstract

본 발명은 텅스텐산화물이 치환된 티타늄산화물 친수성 박막의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 10 중량% 이하의 텅스텐 할로겐화물과 티타늄 알콕사이드로 이루어진 혼합물을 킬레이팅제에 용해시켜 졸 상태의 텅스텐-티타늄 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1), 상기 졸 용액을 기질의 표면 위에 코팅하는 단계(단계 2), 상기 코팅된 기질을 350∼500℃에서 열처리하여 무정형 WO3-TiO2 복합산화물을 형성시키는 단계(단계 3)를 포함하는 것으로 이루어진 친수성 박막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a titanium oxide hydrophilic thin film substituted with tungsten oxide, specifically, a tungsten-titanium precursor solution in a sol state by dissolving a mixture of tungsten halide and titanium alkoxide of 10 wt% or less in a chelating agent. Preparing (step 1), coating the sol solution on the surface of the substrate (step 2), heat treating the coated substrate at 350 to 500 ° C. to form an amorphous WO 3 -TiO 2 composite oxide ( It relates to a method for producing a hydrophilic thin film comprising the step 3).

본 발명의 제조방법은 킬레이팅제를 이용함으로써 가수분해 속도를 조절하고, 열처리 온도를 낮추어 수십 나노미터의 입자 크기를 갖는 균일한 복합산화물 박막을 제조할 수 있으며, 낮은 온도에서 소결함으로써 유리 또는 세라믹 등 다양한 기질 표면에 코팅할 수 있을 뿐만 아니라 저렴한 가격으로 제조할 수 있다. 또한 상기 제조방법의 의해 제조된 박막은 자외선 조사 후 장시간 동안 친수성을 유지할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, a chelating agent is used to control the rate of hydrolysis, and to lower the heat treatment temperature to produce a uniform composite oxide thin film having a particle size of several tens of nanometers. It can be coated on a variety of substrate surface, such as can be manufactured at a low price. In addition, the thin film produced by the manufacturing method can maintain hydrophilicity for a long time after ultraviolet irradiation.

Description

텅스텐산화물이 치환된 티타늄산화물 친수성 박막의 제조방법{METHOD FOR PREPARING TITANIUM OXIDE BY TUNGSTEN OXIDE THIN FILMS FOR HYDROPHILICITY} Tungsten Oxide Substituted Titanium Oxide Hydrophilic Thin Film Production Method {METHOD FOR PREPARING TITANIUM OXIDE BY TUNGSTEN OXIDE THIN FILMS FOR HYDROPHILICITY}

본 발명은 친수성 박막의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 텅스텐산화물이 치환된 티타늄산화물 친수성 박막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a hydrophilic thin film, and more particularly, to a method of manufacturing a titanium oxide hydrophilic thin film substituted with tungsten oxide.

습기가 많거나 기온차가 심한 경우 차량용 유리에는 기온차에 의해 또는 강우 등의 이유로 인해 물방울 맺힘 현상이 발생되는데, 이로 인해 운전자의 시야를 가리게 된다. 또한 운전자는 이를 해소하기 위해서 운전 이외에 상기 물방울 맺힘 현상을 억제하기 위해 신경을 써야 하기 때문에 그로 인한 교통 안전이 문제된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 차량용 유리에 물방울이 맺히지 않도록 하기 위한 시도가 계속되고 있다.When the humidity is high or the temperature difference is severe, water droplets are formed on the vehicle glass due to the temperature difference or due to rainfall, which obscures the driver's view. In addition, the driver has to pay attention to suppress the condensation phenomenon in addition to driving in order to solve this problem, resulting in traffic safety problems. In order to solve this problem, attempts have been made to prevent condensation on the vehicle glass.

상기 기술된 물방울 맺힘 현상을 억제하기 위해서, 종래에 차량용 유리에 친수성의 고분자 물질 또는 무기 친수성 막을 코팅하는 방법이 알려져 있다.In order to suppress the water droplet formation described above, a method of coating a hydrophilic polymer material or an inorganic hydrophilic film on a vehicle glass is known in the art.

일본특허공개공보 제3-129357호에는 유리표면에 고분자 층을 코팅하여 친수성 박막을 제조하였다. 그러나 상기 방법은 부착 오염물 때문에 표면 친수성이 시간이 지남에 따라 감소하는 특성을 보이며, 또한 고분자 층의 내마모성의 문제점이 발생한다.In Japanese Patent Laid-Open No. 3-129357, a hydrophilic thin film was prepared by coating a polymer layer on a glass surface. However, the method exhibits a property that surface hydrophilicity decreases over time due to adhesion contaminants, and also causes a problem of wear resistance of the polymer layer.

이러한 문제점을 보완하기 위해 현재는 무기 친수성 박막을 주로 사용하고 있다. 무기 친수성 박막은 광촉매 기능을 갖는 TiO2를 주성분으로 하는 광유도 친수성 박막으로, 상기 박막의 친수성을 향상시키기 위하여 다양한 제조방법이 시도되었다.In order to solve this problem, the inorganic hydrophilic thin film is mainly used. The inorganic hydrophilic thin film is a photoinductive hydrophilic thin film mainly composed of TiO 2 having a photocatalyst function, and various manufacturing methods have been tried to improve the hydrophilicity of the thin film.

국내특허공개 제2003-0048696호 및 제2002-0034713호에서는 유리표면을 수산기(OH-) 또는 황산기 (SO4 2-) 처리에 의한 광촉매 TiO2 광기능 친수성을 향상시키려는 시도가 기술되었다.In Korean Patent Publication Nos. 2003-0048696 and 2002-0034713, attempts have been made to improve the photocatalytic TiO 2 photofunctional hydrophilicity of a glass surface by treatment with a hydroxyl group (OH ) or a sulfuric acid group (SO 4 2- ).

일본특허공개 제10-95635호에서는 SiO2-TiO2 졸을 코팅하여 초친수성 박막을 제조하였다. 그러나 도포막의 열처리온도가 낮아 잔유 유기물에 의한 도막의 경도 및 강도가 낮다.In Japanese Patent Laid-Open No. 10-95635, a superhydrophilic thin film was prepared by coating SiO 2 TiO 2 sol. However, since the heat treatment temperature of the coating film is low, the hardness and strength of the coating film by the organic residue are low.

이와 유사한 다공성 TiO2-WO3 코팅 친수성 박막의 제조방법이 제안되었다. 일본특허공개 제10-114544호에서는 WO3/TiO2를 단계적으로 코팅하여 결정성 TiO2 위에 WO3 이중막 박막을 형성하여 단지 계면에만 WO3-TiO2 박막을 제조하였다. 그러나 초친수성 광촉매 활성을 갖는 WO3-TiO2 복합산화물 박막을 복잡한 단계에 의하여 제조하는 번거로움이 있다.A similar method for preparing a porous TiO 2 -WO 3 coated hydrophilic thin film has been proposed. In Japanese Patent Laid-Open No. 10-114544, WO 3 / TiO 2 was coated stepwise to form a WO 3 bilayer thin film on crystalline TiO 2 to prepare a WO 3 -TiO 2 thin film only at the interface. However, there is a hassle to prepare a WO 3 -TiO 2 composite oxide thin film having superhydrophilic photocatalytic activity by a complicated step.

일본특허공개 제10-114546호에서는 광촉매성 TiO2 졸과 지르코늄 알콕사이드 혼합물을 500℃ 고온에서 소성하여 TiO2/ZrO2 복합산화물 박막을 제조하였다. 그러나 상기의 방법은 높은 소성온도에 의해 기판의 종류에 제한이 있다.In Japanese Patent Laid-Open No. 10-114546, a TiO 2 / ZrO 2 composite oxide thin film was prepared by baking a photocatalytic TiO 2 sol and a zirconium alkoxide mixture at 500 ° C. high temperature. However, the above method is limited in the type of substrate by the high firing temperature.

이외에도 국내특허출원 제1998-703128호에 의하면 다양한 단일 산화물 (TiO2, SiO2, WO3, 그리고 Fe2O3)의 졸-겔(sol-gel)법 및 스퍼터링법에 의한 광여기 친수성박막 및 복합산화물 (TiO2-SiO2 그리고 TiO2-SnO2)계에 대한 박막 제조 방법이 제안되었다.In addition, according to Korean Patent Application No. 1998-703128, a photoexcitation hydrophilic thin film and a composite of various single oxides (TiO 2 , SiO 2 , WO 3 , and Fe 2 O 3) by a sol-gel method and sputtering method A thin film production method for oxide (TiO 2 -SiO 2 and TiO 2 -SnO 2 ) systems has been proposed.

상기한 바와 같이, 무기 친수성 막은 제조방법상 졸-겔 코팅법에 의해 수행되는 것이 많으며, 이러한 졸-겔 코팅법에 의해 제조된 친수성 산화물 박막은 유리기판에 TiO2 박막 코팅후 SnO2, ZrO2 그리고 WO3를 코팅하여 복합산화물을 다단계 코팅 방식으로 제조하며, 높은 소성온도로 인한 결정성 띄는 복합산화물 제조에 유용한 방법이다.As described above, the inorganic hydrophilic film is often performed by the sol-gel coating method, and the hydrophilic oxide thin film prepared by the sol-gel coating method is coated with a TiO 2 thin film on a glass substrate and then SnO 2 , ZrO 2. In addition, WO 3 is coated to prepare a composite oxide in a multi-step coating method, and is a useful method for preparing a composite oxide having high crystallinity due to high firing temperature.

그러나, 상기 무기 친수성 박막은 졸-겔 방법을 이용함에 따라 무기 산화물의 입자크기를 조절하기 어려우며, 제조방법 자체가 복잡하며, 소성온도가 높아 기판의 종류에 제한이 있는 문제점을 가지고 있다.However, the inorganic hydrophilic thin film has a problem that it is difficult to control the particle size of the inorganic oxide according to the sol-gel method, the manufacturing method itself is complicated, the firing temperature is high, the type of substrate.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결 및 개선하기 위한 것으로, 제조방법이 단순하며 소성온도가 낮은 비결정성 복합산화물 박막의 제조가 가능하며, 또한 물리적인 특성이 우수한 친수성 박막의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve and improve the above problems, the manufacturing method is simple, it is possible to manufacture the amorphous composite oxide thin film having a low firing temperature, and also to provide a method for producing a hydrophilic thin film excellent in physical properties will be.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 10 중량% 이하의 텅스텐 할로겐화물과 티타늄 알콕사이드로 이루어진 혼합물을 킬레이팅제에 용해시켜 졸 상태의 텅스텐-티타늄 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1),In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of dissolving a mixture of up to 10% by weight of tungsten halide and titanium alkoxide in a chelating agent to prepare a sol tungsten-titanium precursor solution (step 1),

상기 졸 용액을 기질의 표면 위에 코팅하는 단계(단계 2), 및Coating the sol solution onto the surface of the substrate (step 2), and

상기 코팅된 기질을 350∼500℃에서 열처리하여 무정형 WO3-TiO2 복합산화물을 형성시키는 단계(단계 3)를 포함하는 것으로 이루어진 친수성 박막의 제조방법을 제공한다.The coated substrate is heat-treated at 350 to 500 ° C. to provide an amorphous hydrophilic thin film comprising the step (step 3) of forming an amorphous WO 3 -TiO 2 composite oxide.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

단계 1은 텅스텐 할로겐화물과 티타늄 알콕사이드로 이루어진 혼합물을 킬레이팅제에 용해시켜 졸 상태의 텅스텐-티타늄 전구체 용액을 제조한다.Step 1 dissolves a mixture of tungsten halides and titanium alkoxides in a chelating agent to prepare a tungsten-titanium precursor solution in sol state.

상기 텅스텐 할로겐화물은 킬레이팅제에 용해되는 텅스텐 전구체로서, WCl3가 바람직하며, 텅스텐 할로겐화물과 티타늄 알콕사이드로 이루어진 혼합물에 대하여 10 중량% 이하로 사용한다.The tungsten halide is a tungsten precursor dissolved in the chelating agent, preferably WCl 3 , and is used in an amount of 10% by weight or less based on the mixture of tungsten halide and titanium alkoxide.

또한 티타늄 알콕사이드는 티타늄 산화물의 원료물질로서 킬레이팅제에 용해되는 티타늄 메톡사이드, 티타늄 에톡사이드, 티타늄 프로폭사이드 및 티타뉴 부톡사이드로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것을 사용한다.In addition, titanium alkoxide is used as a raw material of titanium oxide selected from the group consisting of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide and titanine butoxide to be dissolved in the chelating agent.

킬레이팅제는 상기 텅스텐과 티타늄의 가수분해 속도를 조절할 수 있는 역할을 수행하는 것으로, 본 발명에서는 아세틸아세톤(CH3COCH2COCH3)을 사용하는 것이 바람직하다.The chelating agent serves to control the hydrolysis rate of the tungsten and titanium, it is preferable to use acetylacetone (CH 3 COCH 2 COCH 3 ) in the present invention.

상기 단계에서 얻어진 졸 상태의 텅스텐-티타늄 전구체 용액의 농도는 0.5ㅧ10-4∼0.01 M이 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.01 M이 되도록 한다. 상기 범위의 전구체 용액의 농도는 최종 복합산화물의 층의 입자크기가 10∼50 ㎚의 구형형태를 갖도록 하는 것으로, 가장 바람직한 물리적 특성을 얻는데 바람직한 입자크기를 유도한다. 이에, 상기 용액의 농도가 상기 범위를 벗어난 경우, 복합산화물 층의 입자 크기와 표면의 거칠기 영향을 미쳐 이로 인한 친수성의 효과가 감소되는 문제점이 발생한다.The concentration of the tungsten-titanium precursor solution in the sol state obtained in the above step is preferably 0.5 × 10 −4 to 0.01 M, most preferably 0.01 M. The concentration of the precursor solution in the above range is such that the particle size of the layer of the final composite oxide has a spherical shape of 10 to 50 nm, leading to the desired particle size for obtaining the most desirable physical properties. Thus, when the concentration of the solution is out of the range, there is a problem that the effect of the hydrophilicity is reduced by affecting the particle size and the surface roughness of the composite oxide layer.

상기 단계 1에서는 상기 졸 용액은 추가로 코팅된 박막의 친수성을 향상시키기 위해 계면활성제를 포함한다. 바람직한 계면활성제로는 C14H33(CH3)3NBr).CnH2n+1(OCH2 CH2)xOH(=CnEOx).계열중 n이 12∼23이고, x가 0∼100인 세틸트리메틸아모늄브로마이드이며, 상기 혼합물에 대하여 10% 중량부 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.In step 1, the sol solution further includes a surfactant to improve the hydrophilicity of the coated thin film. Preferred surfactants are C 14 H 33 (CH 3 ) 3 NBr). C n H 2n + 1 (OCH 2 CH 2 ) x OH (= C n EO x ). N in the series is 12-23, and x is It is cetyltrimethylmonium bromide which is 0-100, and it is preferable to add at 10% weight part or less with respect to the said mixture.

단계 2에서는 상기 졸 용액을 기질의 표면 위에 코팅한다. 상기 기질은 유리, 세라믹 또는 금속을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유리를 사용한다. 코팅방법은 본 분야에서 사용되는 통상적인 딥(dip) 코팅 또는 스핀(spin) 코팅방법을 사용한다.In step 2 the sol solution is coated onto the surface of the substrate. The substrate may be glass, ceramic or metal, preferably glass. The coating method uses a conventional dip coating or spin coating method used in the art.

단계 3에서는 상기 코팅된 기질을 350∼500℃에서 열처리한다. 상기 열처리 온도에서 열처리를 함으로써, 수십 나노미터의 입자 크기를 갖는 균일한 비결정성 복합산화물 제조할 수 있으며, 이러한 특징으로 인해 우수한 친수성의 효과를 얻을 수 있다. 이에, 열처리 온도가 상기 범위 미만인 경우에는 바람직한 친수성 성질을 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과한 경우, 사용가능한 기질이 한정되는 문제점이 발생한다.In step 3, the coated substrate is heat treated at 350 to 500 ° C. By heat treatment at the heat treatment temperature, it is possible to produce a uniform amorphous composite oxide having a particle size of several tens of nanometers, it is possible to obtain an excellent hydrophilic effect due to this feature. Therefore, when the heat treatment temperature is less than the above range, the desired hydrophilic property cannot be obtained, and when the heat treatment temperature is exceeded, a problem arises in that the usable substrate is limited.

이렇게 제조된 박막은 비결정형의 WO3-TiO2 형태이며, 박막의 입자크기는 10∼50 ㎚의 구형형태이며, 전체 두께는 10∼500 ㎚인 것이 바람직하다.The thin film thus prepared is in the form of amorphous WO 3 -TiO 2 , the particle size of the thin film is 10 to 50 nm spherical shape, the total thickness is preferably 10 to 500 nm.

본 발명의 제조방법은 금속산화물 전구체를 킬레이팅제를 이용하여 가수분해 속도를 조절하고, 열처리 온도를 낮추어 수십 나노미터의 입자사이즈를 갖는 균일한 비결정 복합산화물 박막을 얻을 수 있다. 또한 이렇게 얻어진 박막은 광유도 초친수성을 가져 종래 티타늄 알콕사이드만 사용할 때의 접촉각(20°) 보다 본 발명에 의해 제조된 박막의 경우 접촉각 2°로 현저히 낮출 수 있다(도 1의 (c) 및 (d) 참조). 이는 WO3의 형성이 전하를 구속할 수 있는 자리를 증가시키고, 이것이 산소 빈자리들(Vacancies)을 증가시켜 초친수성을 띄게 하는 것이다.In the manufacturing method of the present invention, a metal oxide precursor may be controlled using a chelating agent to control a hydrolysis rate, and a heat treatment temperature may be lowered to obtain a uniform amorphous composite oxide thin film having a particle size of several tens of nanometers. In addition, the thin film thus obtained has a photoinduced superhydrophilicity, which can be significantly lowered to a contact angle of 2 ° in the case of a thin film manufactured by the present invention than a contact angle (20 °) when using only titanium alkoxide (FIG. 1 (c) and ( d)). This increases the site where the formation of WO 3 can constrain the charge, which increases oxygen vacancies, making it superhydrophilic.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 설명하는바, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described by the following examples, but the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> 농도에 따른 친수성 박막의 제조Example 1 Preparation of Hydrophilic Thin Film According to Concentration

(1) 에탄올 용액 30 g에 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(iOPr)4) 8.484 ml, (95 중량%)와 텅스텐 클로라이드 (WCl6) 0.594 g(5 중량%), 5.859 ㎖의 아세틸아세톤(CH3COCH2COCH3)에 첨가 및 혼합하여 0.01 M의 농도로 전구체 용액을 제조하였다.(1) Into 30 g of ethanol solution 8.484 ml of titanium isopropoxide (Ti ( i OPr) 4 ), (95 wt%) and 0.594 g (5 wt%) of tungsten chloride (WCl 6 ), 5.859 ml of acetylacetone ( CH 3 COCH 2 COCH 3 ) was added and mixed to prepare a precursor solution at a concentration of 0.01 M.

(2) 에탄올 용액 30 g에 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(iOPr)4) 0.339 ml, (95 중량%)와 텅스텐 클로라이드 (WCl6) 0.0237g(5 중량%), 0.234㎖의 아세틸아세톤(CH3COCH2COCH3)에 첨가 및 혼합하여 0.4ㅧ10-3M의 농도로 전구체 용액을 제조하였다.(2) 0.339 ml of titanium isopropoxide (Ti ( i OPr) 4 ), (95 wt%) and 0.0237 g (5 wt%) of tungsten chloride (WCl 6 ), 0.234 ml of acetylacetone (30 g of ethanol solution) CH 3 COCH 2 COCH 3 ) was added and mixed to prepare a precursor solution to a concentration of 0.4 × 10 -3 M.

(3) 에탄올 용액 30 g에 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(iOPr)4) 0.0424ml, (95 중량%)와 텅스텐 클로라이드 (WCl6) 0.00297g(5 중량%), 0.029㎖의 아세틸아세톤(CH3COCH2COCH3)에 첨가 및 혼합하여 0.5ㅧ10-4M의 농도 전구체 용액을 제조하였다.(3) 0.0424 ml of titanium isopropoxide (Ti ( i OPr) 4 ), (95 wt.%) And tungsten chloride (WCl 6 ) 0.00297 g (5 wt.%), 0.029 ml of acetylacetone (30 g of ethanol solution) CH 3 COCH 2 COCH 3 ) was added and mixed to prepare a concentration precursor solution of 0.5 × 10 −4 M.

상기 (1) 내지 (3)에서 각각 제조된 용액에 세척액 (H2SO4 / H2O2 = 3:1, v/v)으로 처리된 유리기판을 딥 코팅하여 복합산화물 전구체가 코팅된 박막을 제조하였다.Thin films coated with a composite oxide precursor by dip coating a glass substrate treated with a washing solution (H 2 SO 4 / H 2 O 2 = 3: 1, v / v) to the solutions prepared in (1) to (3), respectively. Was prepared.

제조된 박막을 110℃ 건조 후, 450℃에서 2시간 소성하여 WO3-TiO2 박막을 제조하였다.The prepared thin film was dried at 110 ° C. and then calcined at 450 ° C. for 2 hours to prepare a WO 3 -TiO 2 thin film.

상기 제조된 복합산화물 박막을 암실에 5일 방치후, 40mW/㎠ 의 365㎚ 의 UV 조사 전·후 접촉각의 변화를 측정하였다. 결과는 도 1에 나타내었다.After leaving the prepared composite oxide thin film in the dark room for 5 days, the change of contact angle before and after UV irradiation of 40 nmW / cm <2> of 365 nm was measured. The results are shown in Fig.

도 1에서 보는 바와 같이, 상기 0.01M의 농도의 용액으로 제조된 WO3-TiO2 박막의 UV조사 후 접촉각이 2°이하의 초친수성을 나타내었다.As shown in FIG. 1 , the contact angle after UV irradiation of the WO 3 -TiO 2 thin film prepared as the solution of 0.01M concentration showed a superhydrophilicity of 2 ° or less.

또한, 상기 얻어진 박막의 SEM을 이용하여 측정한 결과, 도 2에서 보는 바와 같이, 구형형태의 입자를 갖음을 알 수 있으며, 특히 0.01 M 농도의 용액으로 제조된 박막은 그 입자가 10∼50 ㎚의 구형형태를 갖음을 알 수 있다. 이는 도 1과 관련시켜 상기 0.01M 농도의 용액으로부터 제조된 박막이 적정한 입자크기의 구형형태를 가져 UV 조사 후 접촉각 2° 이하의 초친수성을 나타냄을 알 수 있다.In addition, as a result of measuring using the SEM of the obtained thin film, as shown in Figure 2 , it can be seen that the particles having a spherical shape, in particular, the thin film prepared in a 0.01 M concentration solution of the particles 10 to 50 nm It can be seen that it has a spherical form of. It can be seen that the thin film prepared from the solution of 0.01M concentration in relation to FIG. 1 has a spherical shape with an appropriate particle size and shows superhydrophilicity of a contact angle of 2 ° or less after UV irradiation.

<실시예 2> 온도에 따른 친수성 박막의 제조Example 2 Preparation of Hydrophilic Thin Film According to Temperature

상기 실시예 1(0.01M 농도의 용액 사용)에서, 코팅된 박막을 (a)300℃, (b)400℃, (c)450℃, 그리고 (d)500℃에서 각각 소성하였다. 상기 제조된 박막의 따른 UV 조사 전·후의 접촉각의 변화에 대한 결과를 도 3에 도시하였다. 도 3에서 보는 바와 같이, 열처리 온도 400℃, 450℃, 500℃에서 제조된 박막은 높은 접촉각 변화를 나타내고 있으나, 온도가 떨어짐에 따라 그 정도는 줄어들었으며, 300℃에서는 접촉각 변화가 가장 작음을 알 수 있었다.In Example 1 (using a solution of 0.01M concentration), the coated thin film was calcined at (a) 300 ° C, (b) 400 ° C, (c) 450 ° C, and (d) 500 ° C, respectively. The results of the change in contact angle before and after UV irradiation of the prepared thin film are shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3, the thin films prepared at the heat treatment temperatures of 400 ° C., 450 ° C., and 500 ° C. exhibit high contact angle changes, but the degree decreases with decreasing temperature, and the change in contact angle is the smallest at 300 ° C. Could.

<실시예 3> 계면 활성제를 첨가한 친수성 박막의 제조Example 3 Preparation of Hydrophilic Thin Film Added Surfactant

표면의 거칠기를 조절하기 위하여, 상기 실시예 1의 0.01 M의 전구체 용액에 계면활성제인 F127을 5 중량 %를 첨가한 것을 제외하고 동일한 방법으로 박막을 제조하였다.In order to control the roughness of the surface, a thin film was prepared in the same manner except that 5 wt% of F127, a surfactant, was added to the 0.01 M precursor solution of Example 1.

<비교예 1>Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 WCl6을 제외한 (Ti(iOPr)4) 만으로 코팅된 박막을 제조한 것을 제외하고 동일하게 박막을 제조하였다.A thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that a thin film coated with only (Ti ( i OPr) 4 ) except for WCl 6 was prepared.

<실험예 1> 제조된 친수성 박막의 XRD 패턴 및 UV 조사 후 접촉각의 변화 측정 Experimental Example 1 Measurement of Change of Contact Angle after XRD Pattern and UV Irradiation of the Prepared Hydrophilic Thin Film

제조된 친수성 박막의 구조 분석은 Phillips 1730 X-ray diffractometer를 이용했으며, 접촉각 측정은 365 nm, 40 mW/㎠의 세기의 Hg-Xe lamp를 10 시간 조사 전·후 상온에서 접촉각 측정기(CA-X, Kyowa Interface Science, Saitama, Japan)를 이용하여 측정하였다.For the structural analysis of the prepared hydrophilic thin film, Phillips 1730 X-ray diffractometer was used, and the contact angle measurement was performed at room temperature before and after 10 hours irradiation of Hg-Xe lamp with intensity of 365 nm and 40 mW / ㎠ (CA-X). , Kyowa Interface Science, Saitama, Japan).

실시예 1과 비교예 1에서 제조된 친수성 박막의 XRD 패턴 및 UV 조사 전·후 접촉각의 변화에 대한 결과를 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.The results of the XRD pattern and the change of contact angle before and after UV irradiation of the hydrophilic thin films prepared in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

도 4에서 보는 바와 같이, (3)의 XRD 패턴에서 WO3-TiO2 가 나타남을 알 수 있는데, 이는 상기의 소성 온도에서 비결정형의 WO3-TiO2 가 생성됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that WO 3 -TiO 2 appears in the XRD pattern of (3), which shows that amorphous WO 3 -TiO 2 is produced at the firing temperature.

또한, 도 5에서 보는 바와 같이 텅스텐이 TiO2 구조내에 잘 치환되었음을 나타내고 있다. 상기에 제조된 비결정형 WO3-TiO2 가 UV 조사 전·후에 접촉각이 WO 3 나 TiO2에 비하여 현저히 낮은 초친수성을 나타냄을 보여 주고 있다. 이는 대기중의 물방울이 접촉각 없이 표면에 흡착됨으로써, 투명성이 유지될 수 있어 광투광성 또는 반사성이 오랫동안 지속될 수 있어 시야 확보로 인한 자동차의 안전 사고를 예방할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, tungsten was well substituted in the TiO 2 structure. The amorphous WO 3 -TiO 2 prepared above shows that the contact angle before and after UV irradiation shows a significantly lower superhydrophilicity than that of WO 3 or TiO 2 . This is because water droplets in the air are adsorbed on the surface without a contact angle, transparency can be maintained, and light transmission or reflectivity can be maintained for a long time, thereby preventing a safety accident of a vehicle due to securing a view.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제조방법은 킬레이팅제를 이용함으로써 가수분해 속도를 조절하고, 열처리 온도를 낮추어 수십 나노미터의 입자 크기를 갖는 균일한 복합산화물 박막을 제조할 수 있었으며, 낮은 온도에서도 소결할 수 있어 유리 또는 세라믹 등 다양한 기질 표면에 코팅할 수 있을 뿐만 아니라 저렴한 가격으로 제조할 수 있다. 또한 상기 제조방법의 의해 제조된 박막은 자외선 조사 후 접촉각이 WO3 나 TiO2에 비하여 현저히 낮은 초친수성을 나타냄을 보여 주고 있다. 이는 대기중의 물방울이 접촉각 없이 표면에 흡착됨으로써, 투명성이 유지될 수 있어 광투광성 또는 반사성이 오랫동안 지속될 수 있어 시야 확보로 인한 자동차의 안전사고를 예방할 수 있다.As described above, the production method of the present invention was able to produce a uniform composite oxide thin film having a particle size of several tens of nanometers by controlling the rate of hydrolysis by using a chelating agent, lowering the heat treatment temperature, even at a low temperature It can be sintered to coat various substrate surfaces such as glass or ceramics, as well as to be manufactured at low cost. In addition, the thin film prepared by the above method shows that the contact angle after ultraviolet irradiation shows a significantly lower superhydrophilicity than WO 3 or TiO 2 . This is because water droplets in the air are adsorbed on the surface without a contact angle, transparency can be maintained, and light transmission or reflectivity can be maintained for a long time, thereby preventing a safety accident of a vehicle due to securing a view.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 WO3-TiO2 박막의 UV 조사 전과 후의 접촉각 변화 및 광학현미경 사진을 나타낸 것으로, (a)와 (c)는 각각 UV 조사 전의 접촉각 변화 및 광학현미경 사진이며, (b)와 (d)는 UV 조사 후의 접촉각 변화 및 광학현미경 사진을 나타낸 것이며, 1 shows contact angle changes and optical micrographs before and after UV irradiation of a WO 3 -TiO 2 thin film according to Example 1 of the present invention, (a) and (c) are contact angle changes and optical micrographs before UV irradiation, respectively (B) and (d) show contact angle changes and optical micrographs after UV irradiation,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 WO3-TiO2 박막의 농도에 따른 SEM 사진을 나타낸 것이며,((a)는 0.01M, (b)는 0.4x10-3 M, 그리고 (c)는 0.5x10-4 M이다.) 2 is a SEM photograph according to the concentration of the WO 3 -TiO 2 thin film according to Example 1 of the present invention, ((a) is 0.01M, (b) is 0.4x10 -3 M, and (c) is 0.5x10 -4 M.)

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 WO3-TiO2 박막의 소성 온도에 따른 UV 조사 전(a) 과 후(b)의 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이며, 3 is a graph showing changes in contact angles before (a) and after (b) according to the firing temperature of the WO 3 -TiO 2 thin film according to Example 2 of the present invention,

도 4는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1에 따른 WO3, TiO2, 그리고 WO3 -TiO2 박막의 XRD 패턴을 나타낸 그래피이며,((a) WO3 (b) TiO2 (c)WO3-TiO2 ) 4 is a graph showing XRD patterns of WO 3, TiO 2, and WO 3 -TiO 2 thin films according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, ((a) WO 3 (b) TiO 2 (c) WO 3 -TiO 2 )

도 5는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1에 따른 WO3, TiO2, 그리고 WO3 -TiO2 박막의 UV 조사 전(a)과 후(b)의 접촉각 변화를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing changes in contact angles before (a) and after (b) UV irradiation of WO 3, TiO 2, and WO 3 -TiO 2 thin films according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.

Claims (8)

10 중량% 이하의 텅스텐 할로겐화물과 티타늄 알콕사이드로 이루어진 혼합물을 킬레이팅제에 용해시켜 졸 상태의 텅스텐-티타늄 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1),Dissolving a mixture of up to 10% by weight of tungsten halide and titanium alkoxide in a chelating agent to prepare a sol tungsten-titanium precursor solution (step 1), 상기 졸 용액을 기질의 표면 위에 코팅하는 단계(단계 2),Coating the sol solution onto the surface of a substrate (step 2), 상기 코팅된 기질을 350∼500℃에서 열처리하여 무정형 WO3-TiO2 복합산화물을 형성시키는 단계(단계 3)를 포함하는 것으로 이루어진 친수성 박막의 제조방법.Heat-treating the coated substrate at 350 to 500 ° C. to form an amorphous WO 3 -TiO 2 composite oxide (step 3). 제 1항에 있어서, 추가로 상기 졸 용액에 계면활성제를 용해시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법.The method of manufacturing a hydrophilic thin film according to claim 1, further comprising dissolving a surfactant in the sol solution. 제 1항에 있어서, 상기 텅스텐 할로겐화물이 WCl3인 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the tungsten halide is WCl 3 . 제 1항에 있어서, 상기 티타늄 알콕사이드가 티타늄 메톡사이드, 티타늄 에톡사이드, 티타늄 프로폭사이드 및 티타늄 부톡사이드로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the titanium alkoxide is selected from the group consisting of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide and titanium butoxide. 제 1항에 있어서, 상기 킬레이팅제가 아세틸아세톤일 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the chelating agent is acetylacetone. 제 1항에 있어서, 상기 졸 용액의 농도가 0.5ㅧ10-4∼0.01 M인 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법.The method for producing a hydrophilic thin film according to claim 1, wherein the concentration of the sol solution is 0.5x10 -4 to 0.01 M. 제 1항에 있어서, 상기 기질이 유리, 세라믹 또는 금속인 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법.The method of manufacturing a hydrophilic thin film according to claim 1, wherein the substrate is glass, ceramic or metal. 제 1항에 있어서, 상기 코팅이 딥 또는 스핀 코팅에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 친수성 박막의 제조방법. The method of claim 1, wherein the coating is performed by dip or spin coating.
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