External-Electric-Field-Enhanced Uniformity and Deposition Rate of a TiO2 Film Prepared by the Sparking Process

W. Thongpan; T. Kumpika; E. Kantarak; A. Panthawan; P. Pooseekheaw; P. Singjai; A. Tuantranont; W. Thongsuwan

doi:10.15407/ujpe63.6.531

Поліпшення однорідності і збільшення швидкості утворення іскровим розрядом TiO2 плівок у зовнішньому електричному полі

Автор(и)

W. Thongpan PhD’s Degree Program in Applied Physics, Faculty of Science, Chiang Mai University, Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University
T. Kumpika Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University
E. Kantarak Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University
A. Panthawan Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University
P. Pooseekheaw Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University
P. Singjai Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University, Materials Science Research Center, Faculty of Science, Chiang Mai University, Center of Advanced Materials of Printed Electronics and Sensors, Materials Science Research Center, Faculty of Science, Chiang Mai University
A. Tuantranont Center of Advanced Materials of Printed Electronics and Sensors, Materials Science Research Center, Faculty of Science, Chiang Mai University, Thailand Organic and Printed Electronics Innovation Center, National Electronics and Computer Technology Center, National Science and Technology, Development Agency
W. Thongsuwan Department of Physics and Materials Science, Faculty of Science, Chiang Mai University, Materials Science Research Center, Faculty of Science, Chiang Mai University, Center of Advanced Materials of Printed Electronics and Sensors, Materials Science Research Center, Faculty of Science, Chiang Mai University

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe63.6.531

Ключові слова:

TiO2 film, sparking process, external electric fields

Анотація

Зовнiшнє електричне поле застосовано для збiльшення однорiдностi i швидкостi утворення плiвок TiO2. Експеримент виконано iскровим розрядом з Ti дротiв при сталiй напрузi 1 кВ (поле Eint = 10 кВ/см) i невеликому струмi 3 мА. Система iскрового розряду перебувала в зовнiшнiх електричних полях (Eext) 3, 6, i 9 кВ/см вiд 1 до 5 годин. Морфологiя тiльки що приготовлених плiвок визначалася методом растрової електронної мiкроскопiї. Показано, що плiвки формуються тiльки в областi дiї зовнiшнього електричного поля. У зовнiшньому електричному полi 9 кВ/см швидкiсть утворення плiвок збiльшилася з 40,7% до 77,8%. Дослiджено i описано дiю зовнiшнього електричного поля на швидкiсть утворення i однорiднiсть плiвок.

Посилання

<ol>
<li>P. Hou, J. Qian, X. Cheng, S.P. Shah. Effects of the poz- zolanic reactivity of nano SiO2 on cement-based materials. Cement & Concrete Compos. 55, 250 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.014">https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.09.014</a>
</li>
<li>R. Gong, G. Chen. Preparation and application of functionalized nano drug carriers. Saudi Pharm. J. 24, 254 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.jsps.2016.04.010">https://doi.org/10.1016/j.jsps.2016.04.010</a>
</li>
<li>P. Subalakshmi, A. Sivashanmugam. CuO nano hexagons an efficient energy storage material for Li-ion battery application. J. Alloys Comp. 690, 523 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.08.157">https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.08.157</a>
</li>
<li>P. Catald, I.S. Bayer, R. Cingolani, S. Marras, R. Chellali, A. Athanassiou. Thermochromic superhydrophobic surface. Sci. Rep. 6, 1 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1038/srep27984">https://doi.org/10.1038/srep27984</a>
</li>
<li>A. Soam, P. Kavle, A. Kumbhar, R.O. Dusane. Performance enhancement of micro-supercapacitor by coating of graphene on silicon nanowires at room temperature. Current Appl. Phys. 17, 314 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2016.11.011">https://doi.org/10.1016/j.cap.2016.11.011</a>
</li>
<li>P.R. Somani, S.P. Somani, M. Umeno. Planer nano-graphenes from camphor by CVD. Chem. Phys. Lett. 430, 56 (2006).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.06.081">https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.06.081</a>
</li>
<li>G. Deokar, J. Avila, I.R. Colambo, J.L. Codron, C. Boyaval, E. Galopin, M.C. Asensio, D. Vignaud. Towards high quality CVD graphene growth and transfer. Carbon 89, 82 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.03.017">https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.03.017</a>
</li>
<li>N.K. Park, G.B. Han, J.D. Lee, S.O. Ryu, T.J. Lee, W.C. Chang, C.H. Chang. The growth of ZnO nano-wire by a thermal evaporation method with very small amount of oxygen. Current Appl. Phys. 6S1, e176 (2006).
</li>
<li>N. Donga, F. Hea, J. Xina, Q. Wanga, Z. Leia, B. Sua. A novel one-step hydrothermal method to prepare CoFe2O4/graphene-like carbons magnetic separable adsorbent. Materials Research Bulletin 80, 186 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2016.04.003">https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2016.04.003</a>
</li>
<li> T. Jiang, Y. Wang, D. Meng, X. Wu, J. Wang, J. Chen. Controllable fabrication of CuO nanostructure by hydrothermal method and its properties. Appl. Surf. Sci. 311, 602 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.05.116">https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.05.116</a>
</li>
<li> T. Hu, Y. Su, I.R. Baxendale, J. Tan, H. Tang, L. Xiao, F. Zheng, P. Ning. Adjust band gap of IATO nanoparticles to obtain desirable optical property by one-step hydrothermal oxidation. Current Appl. Phys. 17, 584 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2017.01.011">https://doi.org/10.1016/j.cap.2017.01.011</a>
</li>
<li> J. Sicha, J. Musil, M. Meissner, R. Cerstvy. Nanostructure of photocatalytic TiO2 films sputtered at temperatures below 200 ?C. Appl. Surf. Sci. 254, 3793 (2008).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.12.003">https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.12.003</a>
</li>
<li> Y.T. Kim, J. Park, J. Choi. Sputter-deposited ZnO thin films consisting of nano-networks for binder-free dyesensitized solar cells. Current Appl. Phys. 13, 381 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2012.08.015">https://doi.org/10.1016/j.cap.2012.08.015</a>
</li>
<li> X. Li, X. Quan, C. Kutal. Synthesis and photocatalytic properties of quantum confined titanium dioxide nanoparticle. Scripta Mater. 50, 499 (2004).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2003.10.031">https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2003.10.031</a>
</li>
<li> L. Duan, X. Zhao,Y. Zhang, H. Shen, R. Liu. Fabrication of flexible Al-doped ZnO films via sol–gel method. Mater. Lett. 162, 199 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.10.023">https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.10.023</a>
</li>
<li> Z. Xin, M. Lei, W. Jian-gang, Z. Hui-min. Investigation on ultrathin titanium oxide films synthesized by surfacesol–gel method. Optik 127, 2780 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.11.183">https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.11.183</a>
</li>
<li> K.J. Chen, F.Y. Hung, S.J. Chang, S.J. Young, Z.S. Hu. Effects of crystallization on the optical properties of ZnO nano-pillar thin films by sol-gel method. Current Appl. Phys. 11, 1243 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2011.03.033">https://doi.org/10.1016/j.cap.2011.03.033</a>
</li>
<li> W. Thongsuwan, T. Kumpika, P. Singjai. Effect of high roughness on a long aging time of superhydrophilic TiO2 nanoparticle thin films. Current Appl. Phys. 11, 1237 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2011.03.002">https://doi.org/10.1016/j.cap.2011.03.002</a>
</li>
<li> W. Thongsuwan, T. Kumpika, P. Singjai. Photocatalytic property of colloidal TiO2 nanoparticles prepared by sparking process. Current Appl. Phys. 8, 563 (2008).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2007.10.004">https://doi.org/10.1016/j.cap.2007.10.004</a>
</li>
<li> T. Kumpika, W. Thongsuwan, P. Singjai. Atomic force microscopy imaging of ZnO nanodots deposited on quartz by sparking off different tip shapes. Surf. Interface Anal. 39, 58 (2007).
<a href="https://doi.org/10.1002/sia.2507">https://doi.org/10.1002/sia.2507</a>
</li>
<li> E. Zaminpayma, P. Nayebi. Electronic and electrical properties of silicon nanowire single wall carbon nanotube junction as a nanoelectronic switch. Comput. Mater. Sci. 110, 198 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.08.034">https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.08.034</a>
</li>
<li> R.E. Triambulo, J.W. Park. Electronic properties of transparent nano-composite electrodes for application in flexible electronics. Current Appl. Phys. 15, S12 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2015.03.010">https://doi.org/10.1016/j.cap.2015.03.010</a>
</li>
<li> X. Jiao, L. Zhang, Y. Lv, Y. Su. A new alcohols sensor based on cataluminescence on nano-CdS. Sensors and Actuators B 186, 750 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.06.077">https://doi.org/10.1016/j.snb.2013.06.077</a>
</li>
<li> S.Y. Lee, M. Takai, H.M. Kim, K. Ishihara. Preparation of nano-structured titanium oxide film for biosensor substrate by wet corrosion process. Current Appl. Phys. 9, e266 (2009).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.06.051">https://doi.org/10.1016/j.cap.2009.06.051</a>
</li>
<li> H. Kim, S. Jang. AlGaN/GaN HEMT based hydrogen sensor with platinum nanonetwork gate electrode. Current Appl. Phys. 13, 1746 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2013.07.008">https://doi.org/10.1016/j.cap.2013.07.008</a>
</li>
<li> Z. Ren, Y. Guo, P.X. Gao, Nano-array based monolithic catalysts: Concept, rational materials design and tunable catalytic performance. Catalysis Today 258, 441 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.01.033">https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.01.033</a>
</li>
<li> R. Mimouni, A. Souissi, A. Madouri, K. Boubaker, M. Amlouk. High photocatalytic efficiency and stability of chromiumindium codoped ZnO thin films under sunlight irradiation for water purification development purposes. Current Appl. Phys. 17, 1058 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2017.03.025">https://doi.org/10.1016/j.cap.2017.03.025</a>
</li>
<li> W. Chen, Y. Zhu, C. Yang, J. Zhang, M. Li, L. Li. Significantly improved electrochemical hydrogen storage properties of magnesium nickel hydride modified with nano-nickel. J. of Power Sources 280, 132 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.01.089">https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.01.089</a>
</li>
<li> C. Zhang, J. Li, C. Shi, C. He, E. Liu, N. Zhao. Effect of Ni, Fe and Fe-Ni alloy catalysts on the synthesis of metal contained carbon nano-onions and studies of their electrochemical hydrogen storage properties. J. Energy Chem. 23, 324 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/S2095-4956(14)60154-6">https://doi.org/10.1016/S2095-4956(14)60154-6</a>
</li>
<li> Z. Chen, X. Zhang, J. Fang, J. Liang, X. Liang, J. Sun, D. Zhang, N. Wang, H. Zhao, X. Chen, Q. Huang, C. Wei, Y. Zhao. Enhancement in electrical performance of thin-film silicon solar cells based on a micro- and nano-textured zinc oxide electrodes. Appl. Energy 135, 158 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.08.097">https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.08.097</a>
</li>
<li> M. Wanit, J. Yeo, S.J. Hong, Y.D. Suh, S.H. Ko, D. Lee, C.P. Grigoropoulos. ZnO nano-tree growth study for high efficiency solar cell. Energy Procedia 14, 1093 (2012).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.12.1060">https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.12.1060</a>
</li>
<li> J. Jang, M. Kim, Y. Kim, K. Kim, S.J. Baik, H. Lee, J.C. Lee. Three-dimensional a-Si:H thin-film solar cells with silver nano-rod back electrodes. Current Appl. Phys. 14, 637 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cap.2014.02.006">https://doi.org/10.1016/j.cap.2014.02.006</a>
</li>
<li> S. Schwyn, A. Schmidt-Ott. Aerosol generation by spark discharge. Aerosol Sci. 19, 639 (1988).
<a href="https://doi.org/10.1016/0021-8502(88)90215-7">https://doi.org/10.1016/0021-8502(88)90215-7</a>
</li>
<li> N. S. Tabrizi, M. Ullmann, V. A. Vons, U. Lafont, A. Schmidt-Ott. Generation of nanoparticles by spark discharge. Nanopart. Res. 11, 315 (2009).
<a href="https://doi.org/10.1007/s11051-008-9407-y">https://doi.org/10.1007/s11051-008-9407-y</a>
</li>
<li> T.V. Pfeiffer, J. Feng, A. Schmidt-Ott. New developments in spark production of nanoparticles. Adv. Powder Techn. 25, 56 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.apt.2013.12.005">https://doi.org/10.1016/j.apt.2013.12.005</a>
</li>
<li> E.J. Lehtinen, M. R. Zachariah. Energy accumulation in nanoparticle collision and coalescence processes. Aerosol Sci. 33, 357 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0021-8502(01)00177-X">https://doi.org/10.1016/S0021-8502(01)00177-X</a>
</li>
<li> R. Reinmann, M. Akram. Temporal investigation of a fast spark discharge in chemically inert gases. Phys. D Appl. Phys. 30, 1125 (1997).
</li>
<li> R.J. Hunter. Introduction to Modern Colloid Science (Oxford Univ. Press, 1993).
</li>
<li> F. Llewellyn Jones. Electrode erosion by spark discharges. Appl. Phys. 1, 60 (1950).</li>

Downloads

PDF (English)

Опубліковано

2018-07-12

Як цитувати

Thongpan, W., Kumpika, T., Kantarak, E., Panthawan, A., Pooseekheaw, P., Singjai, P., Tuantranont, A., & Thongsuwan, W. (2018). Поліпшення однорідності і збільшення швидкості утворення іскровим розрядом TiO2 плівок у зовнішньому електричному полі. Український фізичний журнал, 63(6), 531. https://doi.org/10.15407/ujpe63.6.531

Завантажити посилання

Номер

Том 63 № 6 (2018)

Розділ

Фізика поверхні

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.