TiO2ゾルゲルコーティングの実験的および計算論的合成

ゾルゲルコーティングの実験的形成過程において、コロイド分散液は乾燥プロセスを経て、複雑な化学的、コロイド的、および毛管相互作用の結果としてコーティングの構造が形成されます。コンピュータシミュレーションはナノ材料合成の調整および設計の指針を提供しますが、コーティング構造形成のシミュレーションは文献においてこれまで知られていませんでした。実験に基づき、コーティングにおける細孔構造形成に対する実験条件の役割を調査・決定するために、ReaxFF反応力場ベースの分子動力学シミュレーションプロトコルをここで確立しました。膜厚50 nm、開放気孔率7%、細孔半径2.4 nmのアナターゼTiO₂ゾルゲルコーティングを、ディップコーティング法を用いて固体基板上に作製しました。多孔質TiO₂層の計算論的合成では、乾燥工程中に存在する引力的毛管力を外部圧力の適用によって考慮し、コーティングの細孔構造への影響を調査しました。シミュレーションにおいて10,000 atmの外部圧力に対応するTiO₂層構造は、実験的手法によって決定された気孔率と同等の気孔率を示すことが判明しました。これは、ゾルゲル層形成に対する浸漬毛管力の影響を実証しています。作成されたコンピュータモデルは、実パラメータを用いて層構造を正確に記述しており、コンピュータシミュレーションによるコーティング構造の設計に適しています。