TiO2 졸-겔(Sol–Gel) 코팅의 실험 및 전산 합성

졸-겔(sol–gel) 코팅을 실험적으로 형성하는 동안 콜로이드 분산액은 건조 과정을 거치며 코팅의 구조는 복잡한 화학적, 콜로이드 및 모세관 상호 작용의 결과로 형성됩니다. 나노 재료 합성의 조절 및 설계를 위한 지침을 제공하는 컴퓨터 시뮬레이션은 존재하지만, 코팅 구조 형성 자체의 시뮬레이션은 현재까지 보고된 바가 없습니다. 본 연구에서는 실제 실험을 기반으로 코팅 내 기공 구조 형성에 대한 실험 조건의 역할을 구명하기 위해 ReaxFF 반응성 힘 장 기반 분자 역학 시뮬레이션 프로토콜을 구축했습니다. 50nm 두께, 7% 개방 다공성 및 2.4nm 기공 반경을 갖는 Anatase TiO₂ 졸-겔 코팅은 딥 코팅 방법을 사용하여 고체 기판 위에 제조되었습니다. 다공성 TiO₂ 층의 계산적 합성에서 건조 단계 동안 존재하는 인력성 모세관력은 외부 압력을 적용하여 설명되었으며 코팅의 기공 구조에 미치는 영향을 조사했습니다. 시뮬레이션에서 10,000 atm의 외부 압력에 해당하는 TiO₂ 층 구조는 실험 방법으로 얻은 결과와 유사한 다공성을 형성하는 것으로 나타났습니다. 이는 침지에 따른 모세관력이 졸-겔 층 형성에 미치는 영향을 보여줍니다. 생성된 컴퓨터 모델은 실제 파라미터를 사용하여 층 구조를 정확하게 묘사하므로 향후 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 코팅 구조 설계에 유용하게 활용될 수 있음을 시사합니다.