Obtenção e caracterização de filmes de TiO2 depositados sobre cerâmica de revestimento via magnetron sputtering DC

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisO dióxido de titânio (TiO2) na presença de luz ultravioleta atua como catalisador de reações químicas. Este fenômeno pode ser utilizado para quebrar ligações de moléculas de água e hidrocarbonetos. A quebra de hidrocarbonetos provoca a transformação de matéria orgânica em dióxido de carbono e água. A quebra de molécula de água possibilita a formação de uma camada de grupos hidroxila (OH) adsorvida capaz de aumentar a energia livre da superfície, tornando-a hidrofílica. Assim, forma-se uma película contínua de água, capaz de remover todos os depósitos acumulados na superfície. Estas características são utilizadas para a formação de superfícies que se mantêm limpas ao longo do tempo, denominadas autolimpantes. Neste trabalho, foram depositados filmes finos de TiO2 sobre cerâmica de revestimento para modificar as características superficiais e dotar o revestimento cerâmico da propriedade autolimpante. Os filmes foram obtidos via Magnetron Sputtering em corrente contínua, uma técnica que forma de camadas de excelente qualidade, com controle de processo e reprodução da microestrutura. Foram analisadas a espessura, a composição e a morfologia, e foram realizados ensaios para determinar a eficiência de fotocatálise, ação hidrofílica e autolimpante da cerâmica. Foram obtidos filmes nanométricos, com espessuras de 120 a 890 nm, formados por uma matriz amorfa com nanocristais das fases de titânia rutilo e anatásio, com a fração de fase cristalina relativa máxima de 80% de anatásio. Apresentaram alta transmitância, valores próximos ao do vidro sem filme. Os filmes desenvolveram boa resistência ao risco. As amostram degradaram a camada de azul de metileno, mostrando a eficiência de fotocatálise. Foi medido ângulo de molhamento próximo a 30 , por isso, os filmes obtidos são hidrofílicos. No ensaio para determinar a eficiência da função autolimpante, as amostras ficaram limpas, apresentando desempenho dos filmes comerciais. Os filmes obtidos apresentaram propriedades fotocatalíticas, hidrofílicas e autolimpantes comparáveis a camadas fabricadas comercialmente sobre vidro. Titanium oxide (TiO2) under ultraviolet light becomes catalyst of chemical reactions. This phenomenon can be used to break down hydrocarbon and water molecules bound. Hydrocarbon was changing into water and carbon dioxide. Adsorbed water molecule is degraded by film and form a layer of adsorbed hydroxyl groups (OH), which are able to increase surface energy, becoming in superhydrophilic. Therefore, a continuous water film is formed and removes inorganic dirt. These phenomenons together can eliminate organic and inorganic substances from the surface and keep it clean for a long time, this is known as autocleanness. In this work, TiO2 thin films were deposited in aim of modify the surface behavior to create autocleanness ceramic. Such films are obtained by Direct Current Magnetron Sputtering, this process can develop high quality films, because it has high control and microstructure reproducibility. Thickness, composition and morphology were investigated, and tests are made to determine ceramic tiles photocatalyze efficiency, action hydrophilic and autocleanness. Nanometrics films (thickness from 120 to 890 nm) have an amorphous bulk, rich in rutile and anatase nanocrystals. Maximum anatase relative fractions of 80 %. When deposited on glass, it presents great transmittance, almost reaching float glass transmittance values. Films deposited on ceramic tiles and glasses presented good scratch hardness. Same samples degraded methylene blue in a few hours, showing the efficiency photocatalyze. Others reached contact angle at 30 , proving that some films are hydrophilic. Autocleanness tests determined the efficiency of deposited films; samples after a time were almost clean, similar behavior of commercial ones. The results show that the ceramic tiles deposited with titania films present photocatalytic, hydrophilics and autocleanness average properties similar to the commercials glasses